DE112019006751T5

DE112019006751T5 - Vorrichtung zur unterdrückung von pumpen, abgasturbinenturbolader und verfahren zur unterdrückung von pumpen

Info

Publication number: DE112019006751T5
Application number: DE112019006751.6T
Authority: DE
Inventors: Yutaka Fujita; Nobuhito OKA; Makoto Ozaki
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2039-03-15
Also published as: DE112019006751B4; CN113544368A; CN113544368B; WO2020183703A1; US11585265B2; JPWO2020183703A1; JP7273138B2; US20220136464A1

Abstract

Eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen in einem Abgasturbinenturbolader beinhaltet: einen Hochdrucktank, der so konfiguriert ist, dass er Hochdruckgas mit einem höheren Druck als dem atmosphärischen Druck ansammelt; eine Hochdruckgaseinspritzleitung, die den Hochdrucktank und eine stromaufwärts gelegene Einlassleitung auf einer stromaufwärts gelegenen Seite eines Verdichters des Turboladers verbindet; ein Auf-Zu-Ventil, das so konfiguriert ist, dass es die Hochdruckgaseinspritzleitung öffnet und schließt; und ein Steuergerät, das so konfiguriert ist, dass es das Auf-Zu-Ventil auf der Grundlage einer Beziehung zwischen einem Druckverhältnis des Verdichters des Turboladers und einer Einlassdurchflussrate steuert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen in einem Abgasturbinen(typ-)turbolader, einen Abgasturbinenturbolader, der die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen aufweist, und ein Verfahren zur Unterdrückung von Pumpen unter Verwendung der Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen.
Motoren, die in Automobilen und dergleichen verwendet werden, können mit einem Abgasturbinenturbolader ausgestattet sein, um die Leistung des Motors zu verbessern. Der Abgasturbinenturbolader versetzt die Turbine mit dem Abgas des Motors in Drehung, um einen Verdichter (Zentrifugalkompressor), der mit der Turbine über eine rotierende Welle verbunden ist, in Drehung zu versetzen, und ein Verbrennungsgas wird durch den rotierenden Verdichter verdichtet und dem Motor zugeführt.
Patentdokument 1 offenbart ein Hilfs-Supercharger-Druckversorgungsgerät, welches einen Drucktank beinhaltet, der eine Einlassöffnung aufweist, der mit einem Einlassrohr verbunden ist, das einen Verdichter und ein Ansaugdrosselventil verbindet, um mit dem Einlassrohr und einem Einspritzöffnung zum Einspritzen von angesammeltem Aufladedruck in den Verdichter in Verbindung zu stehen, ein Steuerventil, das sowohl im Einlassöffnung als auch im Einspritzöffnung bereitgestellt wird, und ein Steuergerät zum Steuern des Öffnens und Schließens des Steuerventils. Das Hilfs-Supercharger-Druckversorgungsgerät speist den im Drucktank angesammelten Aufladedruck in den Verdichter ein, um eine Verzögerung des Starts des Verdichters bei plötzlicher Beschleunigung zu verhindern.
Zitierliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: Japanische Gebrauchsmusteranmeldung Offenlegung Nr. 1-166724
ZUSAMMENFASSUNG
Technisches Problem
Ein Verdichter muss einen großen Betriebsbereich aufweisen, aber es ist bekannt, dass bei abnehmender Durchflussmenge des Verdichters ein instabiles Phänomen auftritt, das als Pumpen bezeichnet wird, und dass der Durchflussmengenbereich begrenzt ist. Diesbezüglich sind in der Patentliteratur 1 keine Erkenntnisse zur Unterdrückung des Pumpens bei niedrigen Durchflussraten bekannt.
Ferner wird das von der stromabwärts gelegenen Seite des Verdichters entnommene Verbrennungsgas üblicherweise sofort über einen die stromabwärts gelegene Seite mit der stromaufwärts gelegenen Seite des Verdichters verbindenden Rezirkulationsströmungsweg zur stromaufwärts gelegenen Seite des Verdichters geleitet. Da in diesem Fall die Menge des zur stromaufwärtsgelegenen Seite des Verdichters geleiteten Verbrennungsgases vom Betriebszustand des Verdichters abhängt, wird das Pumpen bei niedrigen Durchflussraten je nach Betriebszustand des Verdichters möglicherweise nicht unterdrückt.
In Anbetracht dieser Umstände besteht ein Ziel mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen bereitzustellen, das in der Lage ist, das Auftreten des Pumpens stabil zu unterdrücken und den Betriebsbereich des Verdichters in einem Bereich niedriger Durchflussraten zu erweitern.
Lösung des Problems
(1) Eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen in einem Abgasturbinenturbolader, das Folgendes beinhaltet: einen Hochdrucktank, der so konfiguriert ist, dass er Hochdruckgas mit einem höheren Druck als Atmosphärendruck akkumuliert; eine Hochdruckgaseinspritzleitung, die den Hochdrucktank und eine stromaufwärts gelegene Ansaugleitung auf einer stromaufwärts gelegenen Seite eines Verdichters des Turboladers verbindet; ein Auf-Zu-Ventil, das so konfiguriert ist, dass es die Hochdruckgaseinspritzleitung öffnet und schließt; und ein Steuergerät, das so konfiguriert ist, dass es das Auf-Zu-Ventil auf der Grundlage einer Beziehung zwischen einem Druckverhältnis des Verdichters des Turboladers und einer Einlassdurchflussrate steuert.
Gemäß der Konfiguration von (1) ist das Gerät so konfiguriert, dass es das Auf-Zu-Ventil auf der Grundlage des Verhältnisses zwischen dem Druckverhältnis und der Ansaugungsdurchflussrate im Verdichter des Turboladers steuert. Daher ist es möglich, das Auf-Zu-Ventil anzuweisen, sich in einem Betriebsbereich zu öffnen, in dem ein Pumpen in dieser Beziehung wahrscheinlich ist. Wenn das Auf-Zu-Ventil, das die Hochdruckgaseinspritzleitung öffnet und schließt, geöffnet ist, strömt das im Hochdrucktank angesammelte Hochdruckgas durch die Hochdruckgaseinspritzleitung in die stromaufwärts gelegene Ansaugung, da es einen höheren Druck aufweist als das durch die stromaufwärts gelegene Ansaugleitung strömende Verbrennungsgas. Hier wird bei geringem Durchfluss in der Nähe eines Abdeckabschnitts (ein Teil des Gehäuses, der der Spitze einer Laufradschaufel zugewandt ist) des Gehäuses des Turboladers die Strömung von dem Abdeckabschnitt getrennt, und es bildet sich ein Unterdruckbereich. Das Hochdruckgas, das in die stromaufwärts gelegene Ansaugung geströmt ist, wird veranlasst, in den Unterdruckbereich zu strömen, und strömt zur stromabwärts gelegenen Seite in axialer Richtung zum Unterdruckbereich. Daher kann eine Komponente der Strömungsgeschwindigkeit in axialer Richtung zur stromabwärts gelegenen Seite der Strömung auf der stromabwärts gelegenen Seite des stromaufwärtsgelegenen Einlasses im Verhältnis zur Einlassöffnung erhöht werden. Indem die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen die Komponente der Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe des Einlasses des Verdichters in axialer Richtung zur stromabwärts gelegenen Seite hin vergrößert, kann verhindert werden, dass die Strömung von einer Laufradschaufel und dem Abdeckabschnitt getrennt wird, und somit das Auftreten eines Pumpens unterdrückt werden. Daher kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen den Betriebsbereich des Verdichters im Bereich niedriger Durchflussraten erweitern.
Gemäß der Konfiguration von (1), da die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen das Hochdruckgas in dem Hochdrucktank ansammeln kann, kann das Hochdruckgas in die stromaufwärts gelegene Ansaugung zu einem beabsichtigten Zeitpunkt strömen, unabhängig von dem Betriebszustand des Motors und des Turboladers. Da die Steuerung des Geräts das Öffnen und Schließen des Auf-Zu-Ventils steuert, kann in dem Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen eine erforderliche Menge an Hochdruckgas in die stromaufwärts gelegene Ansaugung strömen. Daher kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen gemäß der Konfiguration das Auftretens von Pumpen stabil unterdrücken, verglichen mit dem Fall, in dem der Hochdrucktank nicht bereitgestellt wird, und es wird verhindert, dass die Steuerung des Öffnens und Schließens des Auf-Zu-Ventils durch das Steuergerät komplex wird.
(2) In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen gemäß (1) ferner: eine Leitung zur Ansaugung von Abgas, die den Hochdrucktank und einen stromabwärts gelegenen Bypasskanal auf einer stromabwärts gelegenen Seite eines Wastegate-Ventils verbindet, der in einem Bypasskanal bereitgestellt ist, der einen stromaufwärts gelegenen Abgaskanal auf einer stromaufwärts gelegenen Seite einer Turbine des Turboladers und eines stromabwärts gelegenen Abgaskanals auf einer stromabwärts gelegenen Seite der Turbine verbindet.
Gemäß der Konfiguration (2) kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen das Abgas aus dem stromabwärts gelegenen Bypasskanal über die Leitung zur Ansaugung des Abgases in den Hochdrucktank leiten. Daher kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen das Abgas, das nach außen abgeleitet werden sollte, effektiv nutzen und Energie aus dem Abgas gewinnen. Hier weist das Abgas, das durch den Bypaskanal strömt, der den stromaufwärts gelegenen Abgaskanal mit dem stromabwärts gelegenen Abgaskanal verbindet, einen höheren Druck auf als das Abgas, das durch den stromabwärts gelegenen Abgaskanal über die Turbine strömt, da die Energie nicht von der Turbine aufgefangen wird. Daher kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen die Komponente der Strömungsgeschwindigkeit zur stromabwärtsgelegenen Seite in der axialen Richtung der Strömung in der Nähe des Einlasses des Verdichters effektiv erhöhen, indem das durch den Bypasskanal strömende Abgas in den stromaufwärtsgelegenen Ansaugkanal eingespritzt wird.
(3) In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen gemäß (1) oder (2) ferner: eine Leitung zum Ansaugen von EGR-Gas, die den Hochdrucktank und eine EGR-Gaskanal verbindet, die eine stromabwärts gelegene Abgasleitung auf einer stromabwärtsgelegenen Seite einer Turbine des Turboladers und den stromabwärts gelegenen Ansaugkanal verbindet.
Gemäß der Konfiguration von (3) kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen das EGR-Gas (Abgasrückführung) von der EGR-Gasleitung in den Hochdrucktank über die EGR-Gas-Ansaugleitung leiten. Daher kann das EGR-Gas effektiv genutzt werden.
(4) In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen gemäß einer der Ausführungsformen (1) bis (3) ferner: eine Leitung zum Ansaugen von Blow-by-Gas, die so konfiguriert ist, dass sie von einem Motor abgegebenes Blow-by-Gas in den Hochdrucktank leitet.
Gemäß der Konfiguration (4) kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen das vom Motor abgegebene Blow-by-Gas über die Leitung zur Ansaugung des Blow-by-Gases in den Hochdrucktank leiten. Daher kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen das Blow-by-Gas, das nach außen abgeleitet werden sollte, effektiv nutzen und Energie aus dem Blow-by-Gas sammeln.
(5) In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen gemäß einer der Ausführungsformen (1) bis (4) ferner: eine Leitung zum Ansaugen von Verbrennungsgas, die den Hochdrucktank und einen stromabwärts gelegenen Ansaugkanal auf einer stromabwärts gelegenen Seite des Verdichters verbindet.
Gemäß der Konfiguration (5) kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen das vom Verdichter komprimierte Verbrennungsgas von der stromabwärts gelegenen Ansaugung in den Hochdrucktank leiten. Wenn die Verdichtung durch den Verdichter nicht erforderlich ist, z.B. wenn die Bremse eines Kraftfahrzeugs betätigt wird, kann das verdichtete Verbrennungsgas effektiv genutzt werden, indem das verdichtete Verbrennungsgas in den Hochdrucktank geleitet wird.
(6) In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen gemäß einer der Ausführungsformen (1) bis (5) ferner: einen elektrischen Verdichter, der so konfiguriert ist, dass er das Hochdruckgas zum Hochdrucktank pumpt.
Gemäß der Konfiguration (6) kann das Hochdruckgas durch den elektrischen Verdichter in Richtung des Hochdrucktanks gepumpt werden. Da das Hochdruckgas in diesem Fall zuverlässiger im Hochdrucktank angesammelt werden kann, kann das Auftreten von Pumpen stabiler unterdrückt werden.
(7) In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Leitung zum Einspritzen des Hochdruckgases der Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen gemäß einem der Punkte (1) bis (6) mindestens eine Einlassöffnung, die so konfiguriert ist, dass das Hochdruckgas in den stromaufwärts gelegenen Ansaugkanal in einer Richtung eingespritzt wird, in der das Hochdruckgas eine Komponente aufweist, die zu einer stromabwärts gelegenen Seite in einer axialen Richtung des Verdichters an einem Sammelpunkt des durch die Leitung zum Einspritzen von Hochdruckgas strömenden Hochdruckgases und des durch den stromaufwärts gelegenen Ansaugkanal strömenden Verbrennungsgases gerichtet ist.
Gemäß der Konfiguration von (7) strömt das Hochdruckgas in der Richtung, in der das Hochdruckgas die Komponente aufweist, die zur stromabwärts gelegenen Seite in der axialen Richtung des Verdichters am Sammelpunkt des Teils des Hochdruckgases und des Verbrennungsgases, das durch den stromabwärts gelegenen Ansaugkanal strömt, gerichtet ist. Daher kann die Komponente der Strömungsgeschwindigkeit zur stromabwärts gelegenen Seite in axialer Richtung der Strömung auf der stromabwärts gelegenen Seite des stromaufwärts gelegenen Ansaugkanals in Bezug auf den Einlass effektiv erhöht werden. Daher ist es gemäß der Konfiguration möglich, durch eine wirksame Erhöhung der Komponente der Strömungsrate der Strömung in der Nähe des Einlasses des Verdichters in Richtung der stromabwärts gelegenen Seite in der axialen Richtung eine Abtrennung der Strömung von der Laufradschaufel und dem Abdeckabschnitt zuverlässiger zu verhindern und somit das Auftreten eines Pumpens stabiler zu unterdrücken.
(8) In einigen Ausführungsformen in der Vorrichtung zum Unterdrücken von Pumpen gemäß einem der Punkte (1) bis (7) beinhaltet die Hochdruckgaseinspritzleitung mindestens eine Einlassöffnung, der so konfiguriert ist, dass das Hochdruckgas in den stromaufwärts gelegenen Ansaugkanal in einer Richtung eingespritzt wird, in der das Hochdruckgas eine Komponente aufweist, die zu einer stromabwärts gelegenen Seite in einer Drehrichtung des Verdichters an einem Sammelpunkt des durch die Hochdruckgaseinspritzleitung strömenden Hochdruckgases und des durch den stromaufwärts gelegenen Ansaugkanal strömenden Verbrennungsgases gerichtet ist.
Gemäß der Konfiguration von (8) strömt das Hochdruckgas, während es in die Richtung dreht, in der das Hochdruckgas die Komponente aufweist, die stromabwärts gerichtet ist, in der Drehrichtung des Verdichters an dem Sammelpunkt des Hochdruckgases und des durch den stromaufwärts gelegenen Einlass strömenden Verbrennungsgases. Daher kann die in Drehrichtung des Verdichters zur stromabwärts gelegenen Seite gerichtete Komponente (Drehkomponente) der Strömung auf der stromabwärts gelegenen Seite des stromaufwärts gelegenen Einlasskanals in Bezug auf die Einlassöffnung effektiv erhöht werden. Durch eine wirksame Erhöhung der drehenden Komponente in der Strömung in der Nähe des Einlasses des Verdichters ist es daher gemäß der Konfiguration möglich, zuverlässiger zu verhindern, dass die Strömung von der Laufradschaufel und dem Abdeckabschnitt getrennt wird, und somit das Auftreten von Pumpen stabiler zu unterdrücken.
(9) Ein Turbinen-Turbolader gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Vorrichtung zum Unterdrücken von Pumpen gemäß einem der Punkte (1) bis (8).
Gemäß der Konfiguration von (9) kann, da der Turbinen-Turbolader die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen beinhaltet, das Auftreten von Pumpen stabil unterdrückt und der Betriebsbereich des Verdichters in einem niedrigen Strömungsgeschwindigkeitsbereich erweitert werden.
(10) Ein Verfahren zum Unterdrücken von Pumpen gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Unterdrücken von Pumpen unter Verwendung einer Vorrichtung zum Unterdrücken von Pumpen in einem Turbinen-Abgasturbolader, wobei das Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen Folgendes beinhaltet: einen Hochdrucktank, der so konfiguriert ist, dass er Hochdruckgas mit einem höheren Druck als dem Atmosphärendruck speichert; eine Hochdruckgaseinspritzleitung, die den Hochdrucktank und einen stromaufwärts gelegenen Ansaugkanal auf einer stromaufwärts gelegenen Seite eines Verdichters des Turboladers verbindet; und ein Auf-Zu-Ventil, das so konfiguriert ist, dass es die Hochdruckgaseinspritzleitung öffnet und schließt, wobei das Verfahren zur Unterdrückung des Pumpens Folgendes umfasst: Speichern des Hochdruckgases in dem Hochdrucktank; und Steuern des Auf-Zu-Ventils auf der Grundlage einer Beziehung zwischen einem Druckverhältnis des Verdichters des Turboladers und einer Einlassdurchflussrate.
Gemäß dem Verfahren (10) beinhaltet das Verfahren zur Unterdrückung des Pumpens den Schritt der Steuerung des Auf-Zu-Ventils auf der Grundlage des Verhältnisses zwischen dem Druckverhältnis und der Einlassdurchflussrate im Verdichter. Daher ist es möglich, das Auf-Zu-Ventil anzuweisen, sich in einem Betriebsbereich zu öffnen, in dem ein Pumpen in dieser Beziehung wahrscheinlich ist. Wenn das einspritzseitige Einschaltventil, das die Hochdruckgaseinspritzleitung öffnet und schließt, geöffnet ist, strömt das im Hochdrucktank angesammelte Hochdruckgas in den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal und wird dazu veranlasst, in den Unterdruckbereich zu strömen, der in der Nähe des Abdeckabschnitts geformt ist, und strömt zur stromabwärts gelegenen Seite in axialer Richtung zum Unterdruckbereich. Daher kann die Komponente der Strömungsrate zur stromabwärts gerichteten Seite in der axialen Richtung der Strömung auf der stromabwärts gerichteten Seite des stromaufwärts gelegenen Einlasskanals in Bezug auf die Einlassöffnung erhöht werden. Bei der Steuerung des Auf-Zu-Ventils kann durch die Erhöhung der Komponente der Durchflussrate der Strömung in der Nähe des Einlasses des Verdichters in Richtung der stromabwärts gerichteten Seite in axialer Richtung verhindert werden, dass die Strömung von der Laufradschaufel und dem Abdeckabschnitt getrennt wird, und somit kann das Auftreten eines Pumpens unterdrückt werden. Daher kann das Verfahren zur Unterdrückung des Pumpens den Betriebsbereich des Verdichters im Bereich niedriger Durchflussraten erweitern.
Gemäß dem Verfahren (10) kann, da das Verfahren zur Unterdrückung des Pumpens das Hochdruckgas in dem Hochdrucktank ansammeln kann, der Hochdruck zu einem beabsichtigten Zeitpunkt in die stromaufwärts gelegenen Einlasskanal fließen, unabhängig vom Betriebszustand des Motors und des Turboladers. Durch die Steuerung des Öffnens und Schließens des Auf-Zu-Ventils kann eine erforderliche Menge an Hochdruckgas in den stromaufwärts gelegene Einlasskanal strömen. Daher ist es nach dem Verfahren möglich, das Auftreten von Pumpen stabil zu unterdrücken, verglichen mit dem Fall, dass der Hochdrucktank nicht bereitgestellt wird.
Vorteilhafte Effekte
Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen bereitgestellt, das in der Lage ist, das Auftreten von Pumpen stabil zu unterdrücken und den Betriebsbereich des Verdichters in einem Bereich niedriger Durchflussraten zu erweitern.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Abgasturbinenturboladers gemäß einer Ausführungsform darstellt.
2 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen einem Druckverhältnis und einem Einlass in einem Verdichter.
3 ist ein Blockdiagramm eines Steuergeräts gemäß einer Ausführungsform.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Achse des Verdichters in einer Ausführungsform.
5 ist ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Abgasturbinenturboladers gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt.
6 ist ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Abgasturbinenturboladers gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt.
7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Unterdrückung von Pumpen gemäß einer Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass, sofern nicht besonders angegeben, Abmessungen, Materialien, Formen, relative Positionen und dergleichen von Komponenten, die in den Ausführungsformen beschrieben oder in den Zeichnungen angegeben sind, nur als illustrativ und nicht einschränkend für den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verstehen sind.
In der vorliegenden Beschreibung sind Ausdrücke der relativen oder absoluten Anordnung wie „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht so zu verstehen, dass sie nur die Anordnung im strengen Wortsinn anzeigen, sondern sie beinhalten auch einen Zustand, in dem die Anordnung relativ um eine Toleranz oder um einen Winkel oder einen Abstand verschoben ist, wodurch es möglich ist, die gleiche Funktion zu erreichen.
Beispielsweise ist ein Ausdruck für einen gleichen Zustand wie „dasselbe“ „gleich“ und „einheitlich“ nicht so zu verstehen, dass er nur den Zustand anzeigt, in dem das Merkmal streng gleich ist, sondern auch einen Zustand beinhaltet, in dem es eine Toleranz oder einen Unterschied gibt, durch den dennoch die gleiche Funktion erreicht werden kann.
Darüber hinaus ist der Begriff „Form“, so wie eine rechtwinklige Form oder eine zylindrische Form, in der vorliegenden Beschreibung nicht so zu verstehen, dass damit nur die geometrisch strenge Form gemeint ist, sondern beinhaltet auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs, in dem die gleiche Wirkung erzielt werden kann.
Darüber hinaus sind in der vorliegenden Beschreibung Ausdrücke wie „umfassen“, „beinhalten“ und „haben“ nicht so zu verstehen, dass sie andere Komponenten ausschließen.
Die gleichen Bezugszeichen sind den gleichen Konfigurationen zugeordnet, und die Beschreibung derselben kann entfallen.
1 ist ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Abgasturbinenturboladers nach einer Ausführungsform darstellt.
Wie in 1 dargestellt, handelt es sich bei einer Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 gemäß einigen Ausführungsformen um ein Gerät zum Unterdrücken des Auftretens von Pumpen in einem Abgasturbinenturbolader 1, das an dem Turbolader 1 angebracht ist.
Wie in 1 dargestellt, beinhaltet der Turbolader 1 ein Turboladergehäuse 3 (Turbolader), die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4, einen Einlasskanal 12, durch die dem Motor 11 zugeführtes Verbrennungsgas strömt, und eine Abgasleitung 13, durch die das vom Motor 11 abgegebene Abgas strömt. Beispiele für das Verbrennungsgas beinhalten Frischluft, EGR-Gas und ein Gasgemisch daraus.
Wie in 1 dargestellt, beinhaltet der Turboladerkörper 3 einen Verdichter 31, der in der Einlasskanal 12 bereitgestellt wird, eine Turbine 32, die in der Abgaskanal 13 bereitgestellt wird, eine rotierende Welle 33, die den Verdichter 31 und die Turbine 32 mechanisch verbindet, und ein Gehäuse 34, das so konfiguriert ist, dass es den Verdichter 31, die Turbine 32 und die rotierende Welle 33 aufnimmt. Der Verdichter 31 und die Turbine 32 sind so konfiguriert, dass sie über die Drehwelle 33 integral drehbar sind.
Der Turboladerkörper 3 ist so konfiguriert, dass die Turbine 32 durch das vom Motor 11 ausgestoßene Abgas in Drehung versetzt wird und das durch den Einlasskanal 12 strömende Verbrennungsgas durch den Verdichter 31 komprimiert wird, der in Verbindung mit der Turbine 32 um dieselbe Achse gedreht wird.
Wie in 1 dargestellt, ist die stromaufwärts gelegene Seite des Einlasskanals 12 in Bezug auf den Verdichter 31 als stromaufwärts gelegener Einlasskanal 12A definiert, und die stromabwärts gelegene Seite in Bezug auf den Verdichter 31 ist als stromabwärts gelegener Einlasskanal 12B definiert. Die stromabwärts gerichtete Einlasskanal 12B verbindet die stromabwärts gerichtete Seite des Verdichters 31 und die stromaufwärts gelegene Seite des Motors 11. Wie in 1 dargestellt, ist die stromaufwärts gelegene Seite des Abgaskanals 13 in Bezug auf die Turbine 32 als stromaufwärts gelegener Abgaskanal 13A und die stromabwärts gerichtete Seite in Bezug auf die Turbine 32 als stromabwärts gerichteter Abgaskanal 13B definiert. Der stromaufwärts gelegene Abgaskanal 13A verbindet die stromabwärts gerichtete Seite des Motors 11 und die stromaufwärts gelegene Seite der Turbine 32.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Turbolader 1 mit einem Luftfilter 14 bereitgestellt, um Staub und Schmutz aus dem Verbrennungsgas in dem stromaufwärts gelegenen Einlass 12A zu entfernen. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist im stromabwärts gelegenen Einlasskanal 12B ein Luftkühler 15 zur Kühlung des vom Verdichter 31 komprimierten Verbrennungsgases, das einen Temperaturanstieg aufweist, bereitgestellt.
Wie in 1 dargestellt, in der dargestellten Ausführungsform, beinhaltet der Turbolader 1 einen Bypasskanal 16, der so konfiguriert ist, dass er das vom Motor 11 abgegebene Abgas von der stromaufwärts gelegenen Seite der Turbine 32 zur stromabwärts gelegenen Seite leitet, ohne durch die Turbine 32 hindurchzuführen, sowie ein im Bypasskanal 16 bereitgestelltes Wastegate-Ventil 17. Die stromabwärts gerichtete Seite des Bypasskanals 16 in Bezug auf das Wastegateventil 17 ist als stromabwärts gerichteter Bypasskanal 16A definiert.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Bypasskanal 16 mit einem im stromaufwärts gelegenen Abgaskanal 13A bereitgestellten Verzweigungsabschnitt 131 und einem im stromabwärts gelegenen Abgaskanal 13B bereitgestellten Sammelpunktabschnitt 132 verbunden, wie in 1 dargestellt. Das Wastegate-Ventil 17 ist so konfiguriert, dass es den Bypass-Kanal 16 öffnen und schließen kann.
Durch Öffnen des Wastegate-Ventils 17 und Umleiten eines Teils des zur Turbine 32 strömenden Abgases in den Bypasskanal 16 können die Menge und die Energie des in die Turbine 32 eingespritzten Abgases verringert werden, und schließlich kann der Aufladedruck des Verbrennungsgases reduziert werden.
Wie in 1 dargestellt, beinhaltet die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 einen Hochdrucktank 5, der so konfiguriert ist, dass er ein Hochdruckgas mit einem höheren Druck als dem atmosphärischen Druck akkumuliert, eine Hochdruckgaseinspritzleitung 6, die den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A und den Hochdrucktank 5 verbindet, ein einspritzseitiges Auf-Zu-Ventil 7, das so konfiguriert ist, dass es die Hochdruckgaseinspritzleitung 6 öffnet und schließt, und ein Steuergerät 10, das so konfiguriert ist, dass es das Öffnen und Schließen des einspritzseitigen Auf-Zu-Ventils 7 steuert.
Das einspritzseitige Auf-Zu-Ventil 7 ist elektrisch mit der Steuerung 10 verbunden, weist einen Motor und einen Aktuator (nicht dargestellt) auf, die in Reaktion auf ein von der Steuerung 10 gesendetes Signal arbeiten, und ist so konfiguriert, dass es gemäß einer Anweisung von der Steuerung 10 öffnet und schließt. Das einspritzseitige Auf-Zu-Ventil 7 kann ein Auf-Zu-Ventil oder ein Öffnungseinstellventil sein, dessen Öffnung eingestellt werden kann.
In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei dem einspritzseitigen Auf-Zu-Ventil 7 um ein Öffnungseinstellventil, das dazu eingerichtet ist, entsprechend einer Öffnungsgradanweisung der Steuerung 10 auf einen Öffnungsgrad geschaltet zu werden. In diesem Fall kann das einspritzseitige Auf-Zu-Ventil 7 die Durchflussrate des Hochdruckgases, das auf der stromabwärts gelegenen Seite der Hochdruckgaseinspritzleitung 6 strömt, in Bezug auf das einspritzseitige Auf-Zu-Ventil 7 einstellen, indem es auf einen Öffnungsgrad geschaltet wird, der dem von der Steuerung 10 angewiesenen Öffnungsgradbefehl entspricht.
In der dargestellten Ausführungsform ist der Hochdrucktank 5 außerhalb des Turboladerkörpers 3 und des Motors 11 angeordnet.
In der dargestellten Ausführungsform, wie sie in 1 dargestellt ist, verbindet die Hochdruckgaseinspritzleitung 6 den Hochdrucktank 5 und einen innerhalb des Gehäuses 34 auf der stromabwärts gerichteten Seite des stromaufwärts gelegenen Einlasskanals 12A in Bezug auf den Luftfilter 14 bereitgestellten Sammelabschnitts 121. In einigen anderen Ausführungsformen kann der Sammelabschnitt 121 auf der stromaufwärts gelegenen Seite des stromaufwärts gelegenen Einlasskanals 12A in Bezug auf das Gehäuse 34 bereitgestellt werden.
2 ist ein Diagramm, das eine Verdichterkarte gemäß einer Ausführungsform zeigt.
In dem in 2 dargestellten Verdichterkarte M ist die horizontale Achse die Einlassdurchflussrate W des Verdichters 31, und die vertikale Achse ist das Druckverhältnis PF des Verdichters 31 (das Druckverhältnis des Auslassdrucks PO zum Einlassdruck PI). Das Verdichterkarte M wird im Voraus durch einen stationären Test erstellt. Aus der Lage des Betriebspunktes R1 des Verdichters 31 im Verdichterkarte M lassen sich der Betriebsbereich und der Wirkungsgrad des Turboladerkörpers 3 bestimmen.
2 zeigt eine entworfene Pumpleitung L1 des Turboladerkörpers 3 und eine entworfene Motorbetriebsleitung L2. Die Pumpleitung L1 und die Motorbetriebsleitung L2 lassen die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 unberücksichtigt. Wie in der Figur dargestellt, werden ein Pumpbetriebsbereich RS (links in der Figur) und ein Normalbetriebsbereich RN (rechts in der Figur) mit der Pumpleitung L1 als Grenze definiert. Dabei ist der Pumpbereich RS ein Bereich, in dem ein Pumpen wahrscheinlich ist, und der Normalbetriebsbereich RN ist ein Bereich, in dem der Turboladerkörper 3 normalerweise arbeitet. Die Motorbetriebsleitung L2 ist so beschaffen, dass sie zwischen der Motorbetriebsleitung L2 und der Pumpleitung L1 eine Marge LM auf der Seite der niedrigen Durchflussrate aufweist.
Wie in 2 dargestellt, wird in Verdichterkarte M ein Betriebsbereich LF mit niedrigem Durchfluss, d.h. ein Betriebsbereich, in dem ein Pumpen wahrscheinlich ist, im Voraus festgelegt. In der gezeigten Ausführungsform ist der Bereich LF mit niedrigem Durchfluss ein Bereich, der die Pumpleitung L1 beinhaltet. In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist der Bereich LF mit niedrigem Durchfluss ein Bereich, der sowohl einen Teil des Pumpbetriebsbereichs RS angrenzend an die Pumpleitung L1 als auch einen Abschnitt des Normalbetriebsbereichs RN angrenzend an die Pumpleitung L1 beinhaltet. In einigen anderen Ausführungsformen kann der Bereich LF mit niedrigem Durchfluss entweder einen Abschnitt des Pumpbereichs RS neben der Pumpleitung L1 oder einen Abschnitt des Normalbetriebsbereichs RN neben der Pumpleitung L1 beinhalten.
3 ist ein Blockdiagramm des Steuergeräts gemäß der Ausführungsform.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Turbolader 1 ferner ein Gerät zur Erfassung des Betriebspunkts 18, das so konfiguriert ist, dass es Informationen über den Betriebspunkt R1 des Verdichters 31 erfasst, wie in 1 dargestellt.
Wie in 3 dargestellt, ist das Steuergerät 10 elektrisch mit der Betriebspunkterfassungsvorrichtung 18 verbunden und so konfiguriert, dass Informationen über den Betriebspunkt R1 des Verdichters 31 von der Betriebspunkterfassungsvorrichtung 18 gesendet werden. Das Steuergerät 10 beinhaltet eine Betriebspunkterfassungseinheit 101, die dazu konfiguriert ist, den Betriebspunkt R1 aus den Informationen über den Betriebspunkt R1 des Verdichters 31 zu erfassen.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform beinhaltet das Gerät zur Betriebspunkterfassung 18 einen Einlassdrucksensor 18A, der im stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A bereitgestellt ist, um einen Einlassdruck PI des Verdichters 31 zu erfassen, einen Auslassdrucksensor 18B, der im stromabwärts gelegenen Einlasskanal 12B bereitgestellt ist, um einen Auslassdruck PO des Verdichters 31 zu erfassen, und einen Durchflusssensor 18C, der im stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A bereitgestellt ist, um eine in den Verdichter 31 eingespritzte Einlassdurchflussrate W zu erfassen. In diesem Fall berechnet die Betriebspunkterfassungseinheit 101 das Druckverhältnis PF aus dem von dem Einlassdrucksensor 18A erfassten Einlassdruck PI und dem von dem Auslassdrucksensor 18B erfassten Auslassdruck PO und erfasst den Betriebsbereich R1 aus dem berechneten Druckverhältnis PF und der von dem Durchflusssensor 18C erfassten Einlassdurchflussrate W. Wenn das Steuergerät 10 den Betriebspunkt R1 des Verdichters 31 erfassen kann, kann ein anderer Sensor als die Sensoren verwendet werden.
Das Steuergerät 10 ist so konfiguriert, dass es das Öffnen und Schließen des einspritzseitigen Auf-Zu-Ventils 7 auf der Grundlage der Beziehung zwischen dem Druckverhältnis und der Einlassdurchflussrate im Verdichter 31 steuert. In der dargestellten Ausführungsform ist das Steuergerät 10 als Mikrocomputer ausgebildet, der eine Zentraleinheit (CPU), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM), eine E/A-Schnittstelle und dergleichen beinhaltet. In einer bestimmten Ausführungsform ist das Steuergerät 10 als ein elektronisches Steuergerät (ECU-Gerät) zur Steuerung des Motors 11 konfiguriert.
Wie in 3 dargestellt, beinhaltet das Steuergerät 10 die Betriebspunkterfassungseinheit 101, eine Bestimmungseinheit 102, die so konfiguriert ist, dass sie bestimmt, ob sich der Betriebspunkt R1 innerhalb des Bereichs LF mit niedrigem Durchfluss befindet, eine Öffnungs-/Schließbefehlseinheit 103, die so konfiguriert ist, dass sie das einspritzseitige Auf-Zu-Ventil 7 anweist, einen Öffnungs- und Schließvorgang durchzuführen, und eine Speichereinheit 104, in der die Verdichterkarte M gespeichert ist. In der dargestellten Ausführungsform ist in der Speichereinheit 104 vorab eine Steuerungskarte M2 gespeichert, das den Betriebspunkt R1 als Eingangswert und den Öffnungsgrad des einspritzseitigen Auf-Zu-Ventils 7 als Ausgangswert aufweist.
Die Bestimmungseinheit 102 bestimmt, ob der von der Betriebspunkterfassungseinheit 101 erfasste Betriebspunkt R1 innerhalb des Bereichs LF mit niedrigem Durchfluss der Verdichterkarte M liegt. Die Bestimmungseinheit 102 bestimmt, ob der Betriebspunkt R1 innerhalb des Bereichs LF mit niedrigem Durchfluss in Verdichterkarte M liegt, indem sie den Betriebspunkt R1 mit dem in der Speichereinheit 104 gespeicherten Verdichterkarte M vergleicht.
Wenn die Bestimmungseinheit 102 feststellt, dass der Betriebspunkt R1 innerhalb des Bereichs LF mit niedrigem Durchfluss liegt, weist die Öffnungs-/Schließbefehlseinheit 103 das einspritzseitige Auf-Zu-Ventil 7 an, zu öffnen. In der dargestellten Ausführungsform weist die Öffnungs-/Schließbefehlseinheit 103 das einspritzseitige Auf-Zu-Ventil 7 über den vom Betriebspunkt R1 erfassten Öffnungsgrad des einspritzseitigen Auf-Zu-Ventils 7 auf der Basis der Steuerungskarte M2 an.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Achse des Verdichters in einer Ausführungsform.
Wie in 4 dargestellt, beinhaltet die Hochdruckgaseinspritzleitung 6 mindestens eine Einlassöffnung 61, der das Hochdruckgas an einem Sammelpunkt P des durch die Hochdruckgaseinspritzleitung 6 strömenden Hochdruckgases und des durch den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A strömenden Verbrennungsgases einspritzt.
Wie in 4 dargestellt, wird, wenn die Durchflussrate des in den Verdichter 31 eingespritzten Verbrennungsgases niedrig ist, in der Nähe eines Abdeckabschnitts 37 des Gehäuses 34 des Turboladerkörpers 3 (ein Teil des Gehäuses 34, der der Spitze einer Laufradschaufel 36 eines Laufrads 35 des Verdichters 31 zugewandt ist), die Strömung F von dem Abdeckabschnitt 37 getrennt und ein Unterdruckbereich N geformt.
Wie in 1 dargestellt ist, beinhaltet die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 gemäß einigen Ausführungsformen beispielsweise den Hochdrucktank 5, der so konfiguriert ist, dass er ein Hochdruckgas mit einem höheren Druck als dem atmosphärischen Druck speichert, die Hochdruckgaseinspritzleitung 6, die den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A und den Hochdrucktank 5 verbindet, das einspritzseitige Auf-Zu-Ventil 7 (Auf-Zu-Ventil), das zum Öffnen und Schließen der Hochdruckgaseinspritzleitung 6 konfiguriert ist, und das Steuergerät 10, das zur Steuerung des einspritzseitigen Ein-Aus-Ventils 7 auf der Grundlage des Verhältnisses zwischen dem Druckverhältnis und der Einlassdurchflussrate in dem Verdichter 31 des Turboladerkörpers 3 konfiguriert ist.
Gemäß der Konfiguration ist das Gerät 10 ausgebildet, das einspritzseitige Auf-Zu-Ventil 7 in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen dem Druckverhältnis und der Einlassdurchflussrate im Verdichter 31 des Turboladerkörpers 3 zu steuern. Daher ist es möglich, das einspritzseitige Auf-Zu-Ventil 7 anzuweisen, in einem Betriebsbereich (Bereich LF mit niedrigem Durchfluss) zu öffnen, in dem ein Pumpen im Verhältnis wahrscheinlich ist. Wenn das einspritzseitige Auf-Zu-Ventil 7, das die Hochdruckgaseinspritzleitung 6 öffnet und schließt, geöffnet ist, strömt das im Hochdrucktank 5 angesammelte Hochdruckgas durch die Hochdruckgaseinspritzleitung 6 in den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A, da es einen höheren Druck aufweist als das durch den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A strömende Verbrennungsgas. Hier wird bei geringem Durchfluss in der Nähe des Abdeckabschnitts 37 des Gehäuses 34 des Turboladerkörpers 3 die Strömung F vom Abdeckabschnitt 37 getrennt, und es bildet sich ein Unterdruckbereich N. Das Hochdruckgas, das in den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A geströmt ist, wird dazu veranlasst, in den Unterdruckbereich N zu strömen, und strömt in axialer Richtung zur stromabwärts gelegenen Seite in Richtung des Unterdruckbereichs N. Daher kann die Komponente der Strömungsgeschwindigkeit in axialer Richtung zur stromabwärts gelegenen Seite des stromaufwärts gelegenen Einlasskanals 12A in Bezug auf die Einlassöffnung 61 erhöht werden. Indem die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 die Komponente der Strömungsgeschwindigkeit des Stroms F in der Nähe des Einlasses des Verdichters 31 in axialer Richtung zur stromabwärts gerichteten Seite hin vergrößert, kann verhindert werden, dass der Strom F von der Laufradschaufel 36 und dem Abdeckabschnitt 37 getrennt wird, und somit kann das Auftreten von Pumpen unterdrückt werden. Daher kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 den Betriebsbereich des Verdichters 31 im Bereich niedriger Durchflussraten erweitern.
Gemäß der Konfiguration, da die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 das Hochdruckgas in dem Hochdrucktank 5 akkumulieren kann, kann das Hochdruckgas in den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A zu einem beabsichtigten Zeitpunkt strömen, unabhängig vom Betriebszustand des Motors 11 und des Turboladerkörpers 3. Da die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 durch das Steuergerät 10 das Öffnen und Schließen des einspritzseitigen Auf-Zu-Ventils 7 steuert, kann eine erforderliche Menge an Hochdruckgas in den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A strömen. Daher kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 gemäß der Konfiguration das Auftreten von Pumpen im Vergleich zu dem Fall, in dem der Hochdrucktank 5 nicht bereitgestellt wird, stabil unterdrücken, und die Steuerung des Öffnens und Schließens des einspritzseitigen Auf-Zu-Ventils 7 durch das Steuergerät 10 wird daran gehindert, komplex zu werden.
5 ist ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Abgasturbinenturboladers gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt. 6 ist ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Abgasturbinenturboladers gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt.
In einigen Ausführungsformen, wie in den 1, 5 und 6 dargestellt, beinhaltet die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 den Hochdrucktank 5, die Hochdruckgaseinspritzleitung 6, das einspritzseitige Auf-Zu-Ventils 7, das Steuergerät 10, mindestens eine Hochdruckgaseinlassleitung 8, die so konfiguriert ist, dass sie Hochdruckgas zum Hochdrucktank 5 leitet, und ein einlassseitiges Auf-Zu-Ventil 9, das so konfiguriert ist, dass es die Hochdruckgaseinlassleitung 8 öffnet und schließt. Das Steuergerät 10 ist so konfiguriert, dass es das Öffnen und Schließen des einlassseitigen Auf-Zu-Ventils 9 steuert.
Das einlassseitige Auf-Zu-Ventil 9 ist elektrisch mit dem Steuergerät 10 verbunden, weist einen Motor und einen Aktuator (nicht dargestellt) auf, die in Reaktion auf ein vom Steuergerät 10 gesendetes Signal arbeiten, und ist so konfiguriert, dass es sich gemäß einer Anweisung des Steuergeräts 10 öffnet und schließt. Das ansaugseitige Auf-Zu-Ventil 9 kann ein Auf-Zu-Ventil oder ein Öffnungseinstellventil sein, dessen Öffnung eingestellt werden kann.
In der dargestellten Ausführungsform ist das ansaugseitige Auf-Zu-Ventil 9 ein Öffnungseinstellventil und ist so konfiguriert, dass es entsprechend einer Öffnungsgradanweisung des Steuergeräts 10 auf einen Öffnungsgrad gestellt werden kann. In diesem Fall wird das ansaugseitige Ein-Aus-Ventil 9 auf einen Öffnungsgrad entsprechend dem von dem Steuergerät 10 angewiesenen Öffnungsgradbefehl eingestellt, wodurch die Durchflussmenge des auf der stromabwärts gerichteten Seite der Hochdruckgaseinlassleitung 8 strömenden Hochdruckgases in Bezug auf das ansaugseitige Auf-Zu-Ventil 9 eingestellt werden kann.
Gemäß der Konfiguration kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 Hochdruckgas von einer Hochdruckeinheit, die Hochdruckgas sammelt, das der Turbolader 1 oder der Motor 11, ein Kraftfahrzeug, das den Motor 11 aufweist, und dergleichen besitzt, über die Hochdruckgas-Ansaugleitung 8 in den Hochdrucktank 5 leiten. Durch das Steuergerät 10, das das Öffnen und Schließen des ansaugseitigen Auf-Zu-Ventils 9 steuert, kann eine erforderliche Menge an Hochdruckgas in den Hochdrucktank 5 aufgenommen werden.
In einigen Ausführungsformen, wie in 1 dargestellt, beinhaltet die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 die Abgaseinlassleitung 8A, die den stromabwärts gerichteten Bypasskanal 16A und den Hochdrucktank 5 verbindet. Mit anderen Worten, die mindestens eine Hochdruckgaseinlassleitung 8 beinhaltet die Abgaseinlassleitung 8A. Das einlassseitige Auf-Zu-Ventil 9 beinhaltet ein einlassseitiges Auf-Zu-Ventil 9A, das in der Abgaseinlassleitung 8A bereitgestellt wird.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Abgaseinlassleitung 8A mit dem Hochdrucktank 5 verbunden und ein Verzweigungsabschnitt 161 ist in der stromabwärts gelegenen Bypassleitung 16A bereitgestellt. Das durch den stromabwärts gelegenen Bypasskanal 16A strömende Abgas weist einen höheren Druck auf als der atmosphärische Druck und das durch den stromabwärts gelegenen Abgaskanal 13B strömende Abgas.
Gemäß der Konfiguration kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 das Abgas aus dem stromabwärts gelegenen Bypass-Kanal 16A über die Abgaseinlassleitung 8A in den Hochdrucktank 5 leiten. Somit kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 das Abgas, das nach außen abgeleitet werden sollte, effektiv nutzen und Energie aus dem Abgas gewinnen. Hier weist das Abgas, das durch den Bypasskanal 16 strömt, der den stromaufwärts gelegenen Abgaskanal 13A und den stromabwärts gelegenen Abgaskanal 13B verbindet, einen höheren Druck auf als das Abgas, das durch den stromabwärts gelegenen Abgaskanal 13B über die Turbine 32 strömt, da die Energie nicht von der Turbine 32 aufgefangen wird. Daher kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 die Komponente der Strömungsgeschwindigkeit zur stromabwärts gerichteten Seite in der axialen Richtung der Strömung F in der Nähe des Einlasses des Verdichters 31 effektiv erhöhen, indem das durch den Bypasskanal 16 strömende Abgas in den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A eingeleitet wird.
In einigen Ausführungsformen, wie in 5 dargestellt, beinhaltet der Turbolader 1 einen EGR-Gaskanal 19, der den stromabwärts gerichteten Abgaskanal 13B mit dem stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A verbindet, und ein EGR-Gasventil 20, das zum Öffnen und Schließen des EGR-Gaskanals 19 konfiguriert ist. Der Turbolader 1 ist so konfiguriert, dass ein Teil des vom Motor 11 ausgestoßenen Abgases, das durch den stromabwärts gerichteten Abgaskanal 13B strömt, mit Hilfe des EGR-Gaskanals 19 und des EGR-Gasventils 20 als EGR-Gas in Richtung der stromaufwärts gelegenen Seite des Verdichters 31 zirkuliert.
Wie in 5 dargestellt, beinhaltet die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 eine EGR-Gas Einlassleitung 8B, die den EGR-Gaskanal 19 und den Hochdrucktank 5 verbindet. Mit anderen Worten, die mindestens eine HochdruckGaseinlassleitung 8 beinhaltet die EGR-Gaseinlassleitung 8B. Das einlassseitige Auf-Zu-Ventil 9 beinhaltet ein einlassseitiges Auf-Zu-Ventil 9A, das in der EGR-Gaseinlassleitung 8B bereitgestellt ist.
In der dargestellten Ausführungsform ist das EGR-Gasventil 20 elektrisch mit dem Steuergerät 10 verbunden, weist einen Motor und einen Aktuator (nicht dargestellt) auf, die in Reaktion auf ein vom Steuergerät 10 gesendetes Signal arbeiten, und ist so konfiguriert, dass es sich entsprechend einer Anweisung des Steuergeräts 10 öffnet und schließt. Das EGR-Gasventil 20 kann ein Auf-Zu-Ventil oder ein Öffnungseinstellventil sein, dessen Öffnung eingestellt werden kann.
In der in 5 dargestellten Ausführungsform ist das EGR-Gasventil 20 ein Öffnungseinstellventil, das so konfiguriert ist, dass es gemäß einer von dem Steuergerät 10 angewiesenen Öffnungsgradanweisung auf einen Öffnungsgrad eingestellt werden kann. In diesem Fall kann das EGR-Gasventil 20 die Durchflussrate des in den stromaufwärts gelegene Einlasskanal 12A rückgeführten EGR-Gases einstellen, indem es auf einen Öffnungsgrad eingestellt wird, der dem von dem Steuergerät 10 angewiesenen Öffnungsgradbefehl entspricht.
In der in 5 dargestellten Ausführungsform beinhaltet der Turbolader 1 ein Gerät zur Abgasentschwefelung 21, das auf der stromaufwärts gelegenen Seite des EGR-Gaskanals 19 in Bezug auf das EGR-Gasventil 20 bereitgestellt ist und so konfiguriert ist, dass es das durch den EGR-Gaskanal 19 strömende Abgas entschwefelt. Der EGR-Gaskanal 19 ist mit einem Verzweigungsabschnitt 133 des stromabwärts gelegenen Abgaskanals 13B und einem Sammelabschnitt 122 des stromaufwärts gelegenen Einlasskanals 12A verbunden. Der Sammelabschnitt 122 befindet sich auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Sammelabschnitt 121. In der dargestellten Ausführungsform befindet sich der Sammelabschnitt 122 an der stromaufwärts gelegenen Seite des Gehäuses 34, kann aber auch innerhalb des Gehäuses 34 angeordnet sein.
In der in 5 dargestellten Ausführungsform ist die EGR-Gaseinlassleitung 8B mit dem Hochdrucktank 5 und einem stromaufwärts gelegenen und stromabwärts gelegenen EGR-Gaskanals 19 in Bezug auf das EGR-Gasventil 20 bzw. das Gerät zur Abgasentschwefelung 21 bereitgestellten Verzweigungsteil 191 verbunden. In diesem Fall wird das EGR-Gas nach der Entschwefelung durch das Abgasentschwefelungsgerät 21 vom EGR-Gaskanal 19 zur EGR-Gas-Einlassleitung 8B geleitet. Das durch den EGR-Gaskanal 19 strömende Abgas weist einen höheren Druck als den Atmosphärendruck auf.
Gemäß der Konfiguration kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 das EGR-Gas aus dem EGR-Gaskanal 19 über die EGR-Gas-Einlassleitung 8B in den Hochdrucktank 5 leiten. Daher kann das EGR-Gas effektiv genutzt werden.
In einigen Ausführungsformen, wie in 6 dargestellt, beinhaltet die Vorrichtung 4 zum Unterdrücken von Pumpen einen Einlass von Blow-by-Gas, der so konfiguriert ist, dass er vom Motor 11 abgegebenes Blow-by-Gas in den Hochdrucktank 5 leitet. Mit anderen Worten, die mindestens eine Hochdruck-Gasanseinlassleitung 8 beinhaltet die Blow-by-Gaseinlassleitung 8C. Das einlassseitige Auf-Zu-Ventil 9 beinhaltet ein einlassseitiges Auf-Zu-Ventil 9C, das in der Blow-by-Gas-Einlassleitung 8C bereitgestellt wird.
In der in 6 dargestellten Ausführungsform weist der Motor 11 eine Druckspeichereinheit 111 auf, die das aus dem Brennraum des Motors 11 ausgestoßene Blow-by-Gas speichert. Die Blow-by-Gas-Einlassleitung 8C ist mit der Druckspeichereinheit 111 und dem Hochdrucktank 5 verbunden. Das Blow-by-Gas weist einen höheren Druck als den Atmosphärendruck auf.
Gemäß der Konfiguration kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 das vom Motor 11 abgegebene Blow-by-Gas über die Einlassleitung 8C in den Hochdrucktank 5 leiten. Daher kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 das Blow-by-Gas, das nach außen abgeleitet werden sollte, effektiv nutzen und Energie aus dem Blow-by-Gas gewinnen.
In einigen Ausführungsformen, wie in 6 dargestellt, beinhaltet die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 eine Verbrennungsgaseinlassleitung 8D, die den stromabwärts gelegenen Einlasskanal 12B und den Hochdrucktank 5 verbindet. Mit anderen Worten, die mindestens eine Hochdruckgas-Einlassleitung 8 beinhaltet die Verbrennungsgaseinlassleitung 8D. Das einlassseitige Auf-Zu-Ventil 9 beinhaltet ein einlassseitiges Auf-Zu-Ventil 9D, das in der Verbrennungsgaseinlassleitung 8D bereitgestellt wird.
In der in 6 dargestellten Ausführungsform ist die Verbrennungsgaseinlassleitung 8D mit dem Hochdrucktank 5 und einem in der stromabwärts gelegenen Einlassleitung 12B bereitgestellten Verzweigungsabschnitt 123 verbunden. Das durch den stromabwärts gerichteten Einlasskanal 12B strömende Verbrennungsgas weist einen höheren Druck als den Atmosphärendruck auf.
Gemäß der Konfiguration kann die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 das vom Verdichter 31 komprimierte Verbrennungsgas aus dem stromabwärts gelegenen Einlasskanal 12B in den Hochdrucktank 5 leiten. Wenn die Verdichtung durch den Verdichter 31 nicht erforderlich ist, z. B. wenn die Bremse eines Kraftfahrzeugs betätigt wird, kann das verdichtete Verbrennungsgas effektiv genutzt werden, indem das verdichtete Verbrennungsgas in den Hochdrucktank 5 geleitet wird.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 ferner einen elektrischen Verdichter 22, der so konfiguriert ist, dass er das Hochdruckgas zum Hochdrucktank 5 pumpt.
In der in 6 dargestellten Ausführungsform beinhaltet der Turbolader 1 einen Gastank 23, der so konfiguriert ist, dass er mit Gas gefüllt werden kann, und eine Gaseinspritzleitung 24, die so konfiguriert ist, dass sie Gas in den Gastank 23 einspritzt.
In der dargestellten Ausführungsform wird der elektrische Verdichter 22 durch elektrische Leistung angetrieben und ist so konfiguriert, dass er das Gas im Gastank 23 verdichtet. Wie in 6 dargestellt, beinhaltet die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 eine Drucklufteinspritzleitung 8E, die den Gastank 23 und den Hochdrucktank 5 verbindet. Mit anderen Worten, die mindestens eine HochdruckGaseinlassleitung 8 beinhaltet die Drucklufteinspritzleitung 8E. Das einlassseitiges Auf-Zu-Ventil 9 beinhaltet ein in der Drucklufteinspritzleitung 8E bereitgestelltes einlassseitiges Auf-Zu-Ventil 9E.
Das im Gastank 23 komprimierte und durch die Drucklufteinspritzleitung 8E strömende Gas weist einen höheren Druck als den Atmosphärendruck auf. In einigen Ausführungsformen ist ein Ende der Gaseinspritzleitung 24 offen, so dass Luft aus der Atmosphäre über die Gaseinspritzleitung 24 in den Gastank 23 eingespritzt wird.
In einigen anderen Ausführungsformen kann der elektrische Verdichter 22 konfiguriert sein, um das Gas im Hochdrucktank 5 zu verdichten.
Je nach Konfiguration kann das Hochdruckgas durch den elektrischen Verdichter 22 in Richtung des Hochdrucktanks 5 gepumpt werden. Da in diesem Fall das Hochdruckgas zuverlässiger im Hochdrucktank 5 angesammelt werden kann, kann das Auftreten von Pumpen stabiler unterdrückt werden. Insbesondere kann der Stromverbrauch dadurch unterdrückt werden, dass der elektrische Verdichter 22 so konfiguriert wird, dass er durch überschüssige elektrische Leistung des Turboladers 1, des Motors 11, eines Kraftfahrzeugs, das den Motor 11 aufweist, oder dergleichen angetrieben wird.
In einigen Ausführungsformen, wie in 4 dargestellt, ist der mindestens eine Einlassöffnung 61 konfiguriert, um das Hochdruckgas in den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A in einer Richtung C einzuspritzen, in der das Hochdruckgas eine Komponente A aufweist, die in axialer Richtung des Verdichters 31 am Sammelpunkt P zur stromabwärts gelegenen Seite gerichtet ist. In der in 4 dargestellten Ausführungsform ist die Einlassöffnung 61 so konfiguriert, dass Hochdruckgas in axialer Richtung eingespritzt wird, während in einigen anderen Ausführungsformen der Einlassöffnung 61 so konfiguriert sein kann, dass das Hochdruckgas in einer Richtung eingespritzt wird, die in radialer Richtung zur Innenseite oder in radialer Richtung zur Außenseite hin geneigt ist.
In der in 4 dargestellten Ausführungsform beinhaltet die stromaufwärts gelegene Einlasskanal 12A einen rohrförmigen Teil 341, der ein in der Umfangsfläche geformtes Durchgangsloch 344 aufweist. In bestimmten Ausführungsformen weist das Gehäuse 34 den rohrförmigen Teil 341 auf. Die Hochdruck-Gaseinspritzleitung 6 beinhaltet einen Düsenabschnitt 62, der an seiner Spitze die Einlassöffnung 61 aufweist und so konfiguriert ist, dass er in das Durchgangsloch 344 eingeführt werden kann. Das heißt, der rohrförmige Teil 341 und der Düsenabschnitt 62 sind getrennte Körper. Der Düsenabschnitt 62 ist so konfiguriert, dass sich die Einlassöffnung 61 in dem stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A befindet, wenn der Düsenabschnitt 62 in das Durchgangsloch 344 eingeführt ist.
In der in 4 dargestellten Ausführungsform beinhaltet der Düsenabschnitt 62 einen Flanschabschnitt 63, der so konfiguriert ist, dass er an einer äußeren Umfangsfläche 342 des rohrförmigen Teils 341 mittels einer Schraube (Befestigungselement) befestigt werden kann (nicht dargestellt). Wie in 4 dargestellt, kann in der äußeren Umfangsfläche 342 des rohrförmigen Teils 341 eine Senkung 343 geformt sein, in der der Flanschabschnitt 63 aufgenommen wird, und die Senkung 343 kann mit dem Durchgangsloch 344 in Kommunikation stehen.
Gemäß der Konfiguration strömt das Hochdruckgas in der Richtung C, in der das Hochdruckgas die Komponente A aufweist, die zur stromabwärts gerichteten Seite in der axialen Richtung des Verdichters 31 am Sammelpunkt P des Hochdruckgases und des Verbrennungsgases, das durch den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A strömt, gerichtet ist. Daher kann die in axialer Richtung zur stromabwärts gerichteten Seite gerichtete Komponente der Strömung auf der stromabwärts gerichteten Seite des stromaufwärts gelegenen Einlasskanals 12A in Bezug auf die Einlassöffnung 61 effektiv erhöht werden. Daher ist es gemäß der Konfiguration möglich, durch eine wirksame Erhöhung der Komponente der Strömungsrate der Strömung F in der Nähe des Einlasses des Verdichters 31 in Richtung der stromabwärts gerichteten Seite in axialer Richtung zu verhindern, dass die Strömung von der Laufradschaufel 36 und dem Abdeckabschnitt 37 getrennt wird, und somit das Auftreten von Pumpen stabiler zu unterdrücken.
In einigen Ausführungsformen, wie in 4 dargestellt, ist die mindestens eine Einlassöffnung 61 konfiguriert, um das Hochdruckgas in den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A in einer Richtung C einzuspritzen, in der das Hochdruckgas eine Komponente B aufweist, die in der Drehrichtung R des Verdichters 31 am Sammelpunkt P zur stromabwärts gelegenen Seite gerichtet ist. In der in 4 dargestellten Ausführungsform weist die Richtung C sowohl die Komponente A als auch die Komponente B auf, aber in einigen anderen Ausführungsformen kann die Richtung C entweder die Komponente A oder die Komponente B aufweisen.
Gemäß der Konfiguration strömt das Hochdruckgas während der Drehung in die Richtung C, in der das Hochdruckgas die Komponente B aufweist, die in der Drehrichtung R des Verdichters 31 am Sammelpunkt P des Hochdruckgases und des durch den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A strömenden Verbrennungsgases zur stromabwärts gelegenen Seite gerichtet ist. Daher kann die in Drehrichtung R des Verdichters 31 zur stromabwärts gelegenen Seite gerichtete Komponente (Drehkomponente) der Strömung auf der stromabwärts gelegenen Seite der stromaufwärts gelegenen Einlasskanals 12A in Bezug auf die Einlassöffnung 61 effektiv erhöht werden. Daher ist es gemäß der Konfiguration durch eine wirksame Erhöhung der drehenden Komponente in der Strömung F in der Nähe des Einlasses des Verdichters 31 möglich, zuverlässiger zu verhindern, dass die Strömung von der Laufradschaufel 36 und dem Abdeckabschnitt 37 getrennt wird, und somit das Auftreten von Pumpen stabiler zu unterdrücken.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Gerät 18 zur Erfassung des Betriebspunkts den Einlassdrucksensor 18A und den Auslassdrucksensor 18B sowie einen Drehzahlsensor 18D, der die Drehzahl des Verdichters 31 erfassen kann. In einigen anderen Ausführungsformen beinhaltet das Gerät zur Erfassung des Betriebspunktes 18 den Durchflusssensor 18C und den Drehzahlsensor 18D. In der in 4 dargestellten Ausführungsform ist der Drehzahlsensor 18D an dem Abdeckabschnitt 37 angebracht. In diesen Fällen kann das Steuergerät 10 den Betriebspunkt R1 auf der Grundlage der von dem Betriebspunkterfassungsgerät 18 erfassten Informationen erfassen.
In einigen anderen Ausführungsformen beinhaltet das Betriebspunkterfassungsgerät 18 zur Erfassung des Betriebspunktes einen Temperatursensor 18E, der die Temperatur in der Nähe des Abdeckabschnitts 37 des Gehäuses 34 erfassen kann. In der in 4 dargestellten Ausführungsform ist der Temperatursensor 18E an dem Abdeckabschnitt 37 angebracht. Da in diesem Fall die Temperatur ansteigt, wenn ein Rückfluss in der Nähe des Abdeckabschnitts 37 auftritt, kann der Temperatursensor 18E feststellen, ob ein Rückfluss auftritt. Daher kann durch Einbeziehen des Temperatursensors 18E in das Betriebspunkterfassungsgerät 18 das Auftreten von Pumpen stabiler unterdrückt werden.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Turbinen-Turbolader 1 die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4. Da der Turbinen-Turbolader 1 die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 beinhaltet, kann in diesem Fall das Auftreten von Pumpen stabil unterdrückt werden, und der Betriebsbereich des Verdichters 31 in einem Bereich niedriger Durchflussraten kann erweitert werden.
7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Unterdrückung von Pumpen gemäß einer Ausführungsform.
Ein Verfahren zum Unterdrücken von Pumpen 200 gemäß einigen Ausführungsformen ist ein Verfahren zum Unterdrücken von Pumpen unter Verwendung der Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen in dem Abgasturbinenturbolader 1. Die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen 4 beinhaltet den Hochdrucktank 5, die Hochdruckgaseinspritzleitung 6 und das einspritzseitige Auf-Zu-Ventil 7. Wie in 7 dargestellt, beinhaltet das Verfahren 200 zur Unterdrückung des Pumpens den Schritt Si zum Ansammeln von Hochdruckgas im Hochdrucktank 5 und den Schritt S2 zur Steuerung des einspritzseitigen Auf-Zu-Ventil 7 auf der Grundlage der Beziehung zwischen dem Druckverhältnis und der Einlassdurchflussrate im Verdichter 31 des Turboladerkörpers 3.
In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet der Schritt S2 die Schritte S3 bis S5, wie in 7 dargestellt.
In Schritt S3 wird der Betriebspunkt R1 des Verdichters 31 erfasst. Der Betriebspunkt R1 kann durch das Betriebspunkterfassungsgerät 18 und die Betriebspunkterfassungseinheit 101 des Steuergeräts 10 oder durch ein anderes Verfahren erfasst werden.
In Schritt S4 wird ermittelt, ob sich der Betriebspunkt R1 innerhalb des Bereichs LF mit niedrigem Durchfluss der Verdichterkarte M befindet. Die Ermittlung kann von der Ermittlungseinheit 102 des Steuergeräts 10 durchgeführt werden oder manuell erfolgen. Befindet sich der Betriebspunkt R1 nicht innerhalb des Betriebsbereichs mir niedriger Durchflussrate LF („NO“ in Schritt S4), wird der Durchfluss beendet.
Liegt der Betriebspunkt R1 innerhalb des Bereichs LF mit niedrigem Durchfluss („JA“ in Schritt S4), wird das einspritzseitige Auf-Zu-Ventil 7 geöffnet (Schritt S5). Der Öffnungsvorgang des einspritzseitigen Auf-Zu-Ventils 7 kann von dem einspritzseitigen Auf-Zu-Ventil 7 durchgeführt werden, das ein Signal von der Öffnungs-/Schließbefehlseinheit 103 des Steuergeräts 10 empfangen hat, oder kann manuell durchgeführt werden.
Gemäß dem Verfahren beinhaltet das Verfahren 200 zur Unterdrückung des Pumpens den Schritt S2 zur Steuerung des einspritzseitigen Auf-Zu-Ventil 7 auf der Grundlage des Verhältnisses zwischen dem Druckverhältnis und der Einlassdurchflussrate im Verdichter 31. So ist es möglich, das einspritzseitige Auf-Zu-Ventil 7 anzuweisen, sich in einem Betriebsbereich (Bereich LF mit niedrigem Durchfluss) zu öffnen, in dem ein Pumpen im Verhältnis wahrscheinlich ist. Wenn das einspritzseitige Auf-Zu-Ventil 7, das die Hochdruckgaseinspritzleitung 6 öffnet und schließt, geöffnet ist, strömt das im Hochdrucktank 5 angesammelte Hochdruckgas in den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A und wird dazu veranlasst, in den in der Nähe des Abdeckabschnitts 37 geformten Unterdruckbereich N zu strömen, und strömt zur stromabwärts gelegenen Seite in axialer Richtung zum Unterdruckbereich N. Daher kann die Komponente der Strömungsrate zur stromabwärts gerichteten Seite in der axialen Richtung der Strömung auf der stromabwärts gerichteten Seite des stromaufwärts gelegenen Einlasskanals 12A in Bezug auf die Einlassöffnung 61 erhöht werden. In Schritt S2 kann durch Erhöhen der Komponente der Strömungsgeschwindigkeit der Strömung F in der Nähe des Einlasses des Verdichters 31 in Richtung der stromabwärts gerichteten Seite in axialer Richtung verhindert werden, dass die Strömung F von der Laufradschaufel 36 und dem Abdeckabschnitt 37 getrennt wird, und somit das Auftreten eines Pumpens unterdrückt werden. Daher kann das Verfahren zur Unterdrückung des Pumpens 200 den Betriebsbereich des Verdichters 31 im Bereich niedriger Durchflussraten erweitern.
Da das Verfahren 200 zur Unterdrückung des Pumpens den Schritt Si zum Ansammeln des Hochdruckgases im Hochdrucktank 5 beinhaltet, kann der Hochdruck unabhängig vom Betriebszustand des Motors 11 und des Turboladerkörpers 3 zu einem bestimmten Zeitpunkt in den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A strömen. Durch Steuerung des Öffnens und Schließens des einspritzseitigen Auf-Zu-Ventils 7 kann eine erforderliche Menge an Hochdruckgas in die stromaufwärts gelegenen Einlasskanal 12A strömen. Daher ist es gemäß dem Verfahren möglich, das Auftreten von Pumpen stabil zu unterdrücken, verglichen mit dem Fall, in dem der Hochdrucktank 5 nicht bereitgestellt ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern beinhaltet Modifikationen der oben beschriebenen Ausführungsformen und geeignete Kombinationen dieser Modifikationen. Beispielsweise kann der Turbolader 1 sowohl den Bypasskanal 16 als auch den EGR-Gaskanal 19 beinhalten, und die Hochdruckgaseinlassleitung 8 kann sowohl die Abgaseinlassleitung 8A als auch die EGR-Gaseinlassleitung 8B beinhalten.
Bezugszeichenliste

1: Turbolader
3: Turboladerkörper
4: Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen
5: Hochdrucktank
6: Hochdruck-Gaseinspritzleitung
7: Einlassseitiges Auf-Zu-Ventil
8: Hochdruckgaseinlassleitung
8A: Abgaseinlassleitung
8B: EGR-Gas Einlassleitung
8C: Blow-by-Gas-Einlassleitung
8D: Verbrennungsgaseinlassleitung
8E: Drucklufteinspritzleitung
9, 9A bis 9E: Einlassseitiges Auf-Zu-Ventil
10: Steuergerät
11: Motor
12: Einlasskanal
12A: Stromaufwärts gelegener Einlasskanal
12B: Stromabwärts gelegener Einlasskanal
13: Abgaskanal
13A: Stromaufwärts gelegene Abgaskanal
13B: Stromabwärts gelegene Abgaskanal
14: Luftfilter
15: Luftkühler
16: Bypass-Kanal
16A: Stromabwärts gelegener Bypass-Kanal
17: Wastegate-Ventil
18: Betriebspunkterfassungsgerät
18A: Einlassdrucksensor
18B: Auslassdrucksensor
18C: Durchflusssensor
18D: Drehzahlsensor
18E: Temperatursensor
19: EGR-Gaskanal
20: EGR-Gasventil
21: Abgasentschwefelungsgerät
22: Elektrischer Verdichter
23: Gastank
24: Gaseinspritzleitung
31: Verdichter
32: Turbine
33: Rotierende Welle
34: Gehäuse
35: Laufrad
36: Laufradschaufel
37: Abdeckabschnitt
61: Einlassöffnung
62: Düsenabschnitt
63: Flanschabschnitt
101: Betriebspunkterfassungseinheit
102: Bestimmungseinheit
103: Öffnungs-/Schließbefehlseinheit
104: Speichereinheit
111: Druckspeichereinheit
121,122,132: Sammelabschnitt
123,131,133,161,191: Verzweigungsabschnitt
200: Verfahren zur Unterdrückung von Pumpen
341: Rohrförmiger Teil
342: Äußere Umfangsfläche
343: Senkung
344: Durchgangsbohrung
A, B: Komponente
C: Richtung
F: Durchfluss
L1: Pumpleitung
L2: Motorbetriebslinie
LF: Betriebsbereich mit niedriger Durchflussrate
LM: Marge auf der Seite der niedrigen Durchflussrate
M: Verdichterkarte M
N: Unterdruckbereich
P: Sammelpunkt
PF: Druckverhältnis
PI: Einlassdruck
PO: Ausgangsdruck
R: Drehrichtung
R1: Betriebspunkt
RN: Normaler Betriebsbereich
RS: Pumpen-Betriebsbereich
S1, S2, S3, S4, S5: Schritt
W: Einlassdurchflussmenge

Claims

Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen in einem Abgasturbinenturbolader, umfassend: einen Hochdrucktank, der so konfiguriert ist, dass er Hochdruckgas mit einem höheren Druck als Atmosphärendruck speichert; eine Hochdruckgaseinspritzleitung, die den Hochdrucktank und einen stromaufwärts gelegenen Einlass auf einer stromaufwärts gelegenen Seite eines Verdichters des Turboladers verbindet; ein Auf-Zu-Ventil, das so konfiguriert ist, dass es die Hochdruck-Gaseinspritzleitung öffnet und schließt; und ein Steuergerät, das so konfiguriert ist, dass es das Auf-Zu-Ventil auf der Grundlage eines Verhältnisses zwischen einem Druckverhältnis des Verdichters des Turboladers und einer Einlassdurchflussrate steuert.
Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen nach Anspruch 1, ferner umfassend: einer Abgaseinlassleitung, die den Hochdrucktank und einen stromabwärts gelegenen Bypasskanal auf einer stromabwärts gelegenen Seite eines Wastegate-Ventils verbindet, der in einem Bypasskanal bereitgestellt ist, der einen stromaufwärts gelegenen Abgaskanal auf einer stromaufwärts gelegenen Seite einer Turbine des Turboladers und einen stromabwärts gelegenen Abgaskanal auf einer stromabwärts gelegenen Seite der Turbine verbindet.
Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine EGR-Gaseinlassleitung, die den Hochdrucktank und einen EGR-Gaskanal verbindet, der einen stromabwärts gelegenen Abgaskanal auf einer stromabwärts gelegenen Seite einer Turbine des Turboladers und den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal verbindet.
Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: eine Blow-by-Gas-Einlassleitung, die so konfiguriert ist, dass sie von einem Motor abgegebenes Blow-by-Gas zu dem Hochdrucktank ableitet.
Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: eine Verbrennungsgaseinlassleitung, die den Hochdrucktank und einen stromabwärts gelegenen Einlasskanal auf einer stromabwärts gelegenen Seite des Verdichters verbindet.
Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend: einen elektrischen Verdichter, der so konfiguriert ist, dass er das Hochdruckgas in Richtung des Hochdrucktanks pumpt.
Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Hochdruckgaseinspritzleitung mindestens eine Einlassöffnung beinhaltet, die so konfiguriert ist, dass sie das Hochdruckgas in den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal in einer Richtung einspritzt, in der das Hochdruckgas eine Komponente aufweist, die zu einer stromabwärts gelegenen Seite in einer axialen Richtung des Verdichters an einem Sammelpunkt des durch die Hochdruckgaseinspritzleitung strömenden Hochdruckgases und des durch den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal strömenden Verbrennungsgases gerichtet ist.
Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Hochdruckgaseinspritzleitung mindestens eine Einlassöffnung beinhaltet, die so konfiguriert ist, dass sie das Hochdruckgas in den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal in einer Richtung einspritzt, in der das Hochdruckgas eine Komponente aufweist, die zu einer stromabwärts gelegenen Seite in einer Drehrichtung des Verdichters an einem Treffpunkt des durch die Hochdruckgaseinspritzleitung strömenden Hochdruckgases und des durch den stromaufwärts gelegenen Einlasskanal strömenden Verbrennungsgases gerichtet ist.
Abgasturbinenturbolader, umfassend die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Verfahren zur Unterdrückung von Pumpen unter Verwenden eines Geräts zur Unterdrückung von Pumpen, das das Pumpen in einem Abgasturbinenturbolader unterdrückt, wobei die Vorrichtung zur Unterdrückung von Pumpen beinhaltet: einen Hochdrucktank, der so konfiguriert ist, dass er Hochdruckgas mit einem höheren Druck als Atmosphärendruck speichert; eine Hochdruckgaseinspritzleitung, die den Hochdrucktank und einen stromaufwärts gelegenen Einlasskanal auf einer stromaufwärts gelegenen Seite eines Verdichters des Turboladers verbindet; und ein Auf-Zu-Ventil, das so konfiguriert ist, dass es die Hochdruckgaseinspritzleitung öffnet und schließt, das Verfahren zur Unterdrückung des Pumpens umfassend: Speichern des Hochdruckgases in dem Hochdrucktank; und Steuern des Auf-Zu-Ventils auf der Grundlage einer Beziehung zwischen einem Druckverhältnis des Verdichters des Turboladers und einer Einlassdurchflussrate.