DE202014102769U1

DE202014102769U1 - Einleitung der Abgasrückführung an einer Hinterkante einer Kompressorschaufel

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Publication number: DE202014102769U1
Application number: DE202014102769.6U
Authority: DE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2014-07-01
Anticipated expiration: 2024-06-17
Also published as: CN204267177U; US20140377059A1; RU149347U1; US9303650B2

Abstract

Kompressor eines Turboladers, der Folgendes umfasst: ein Kompressorrad, das um eine Mittelachse des Kompressors drehbar ist; und eine Abgasrückführungs-Einlassspirale, wobei die Abgasrückführungs-Einlassspirale einen Einspritzkanal aufweist, der stromabwärts einer Hinterkante des Kompressorrads positioniert ist.

Description

Kraftmaschinen können einen Turbolader oder einen Lader verwenden, um die Umgebungsluft, die in die Kraftmaschine eintritt, zu komprimieren, um die Leistung zu erhöhen. Ferner können die Kraftmaschinen einen Anteil des Abgases von einem Auslasskanal zu einem Einlasskanal zurückführen, was hier als Abgasrückführung (AGR) bezeichnet wird. Bei einer Niederdruck-AGR (LP-AGR) wird das Abgas von einem Ort stromabwärts einer Turbine des Turboladers zu einem Ort stromaufwärts eines Kompressors des Turboladers geleitet. Die LP-AGR kann zur Wasserkondensation vor dem Kompressor führen und dadurch ein Risiko eines Schadens des Kompressorrads erhöhen. Bei der Hochdruck-AGR (HP-AGR) wird das Abgas von einem Ort stromaufwärts der Turbine zu einem Ort stromabwärts des Kompressors geleitet. Die HP-AGR kann die Kondensation am Kompressor verringern; wobei jedoch die HP-AGR Strömungseinschränkungen aufweisen kann, wenn der Ladedruck höher als der Turbinengegendruck ist. Andere Versuche, die oben erörterten Einschränkungen der HP-AGR- und LP-AGR-Systeme zu behandeln, können ein zweifaches AGR-System enthalten, das sowohl ein HP- als auch ein LP-AGR-System verwendet. Zweifache AGR-Systeme können jedoch teuer sein.
In einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme durch ein System zum Einleiten der Abgase von einem Abgasrückführungssystem (AGR-System) in einen Kompressor stromabwärts einer Kompressorschaufel behandelt werden. Spezifisch kann ein Kompressor eines Turboladers ein Kompressorrad, das um eine Mittelachse des Kompressors drehbar ist, und eine AGR-Einlassspirale enthalten. Der Kompressor kann ferner eine Spirale enthalten, die innerhalb eines Gussstücks des Kompressors positioniert ist, wobei die Spirale einen Diffusor enthält. Die AGR-Einlassspirale kann einen Einspritzkanal enthalten, der in einer Position unmittelbar an einer Hinterkante des Kompressorrads an den Diffusor gekoppelt ist. Folglich können sich die Abgase von der AGR-Einlassspirale stromabwärts des Kompressorrads mit der Einlassluft innerhalb des Diffusors mischen. Die Luftströmungsgeschwindigkeiten innerhalb dieses stromaufwärts gelegenen Bereichs des Diffusors können relativ hoch sein, während die Luftdrücke niedriger als weiter stromabwärts in dem Diffusor und in der Spirale sein können. Das Einleiten der AGR auf diese Weise kann die AGR-Strömungseinschränkungen der herkömmlichen HP-AGR-Systeme verringern, während es außerdem die Haltbarkeit des Kompressorrads vergrößert.
Es sollte selbstverständlich sein, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl der Konzepte einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie ist nicht gemeint, um die Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Umfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen begrenzt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile beseitigen.
1 ist eine schematische graphische Darstellung eines beispielhaften Kraftmaschinensystems, das ein Abgasrückführungssystem enthält.
2 ist ein Schema einer Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines Kompressors, der eine AGR-Einlassspirale aufweist.
3 ist ein Schema einer Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform eines Kompressors, der eine AGR-Einlassspirale aufweist.
4 ist ein Schema einer isometrischen Ansicht eines Kompressors, der eine AGR-Einlassspirale aufweist.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme zum Einleiten (z. B. zum Einspritzen) von Abgasen von einem Abgasrückführungssystem stromabwärts eines Kompressorrads. Wie in 1 gezeigt ist, kann ein Abgasrückführungskanal (AGR-Kanal) zwischen einen Auslasskanal und einen Kompressor gekoppelt sein. Spezifisch kann der Kompressor eine AGR-Einlassspirale in einem Gussstück des Kompressors enthalten. In einer alternativen Ausführungsform kann die AGR-Einlassspirale anstatt in dem Gussstück in einer Rückplatte des Kompressors enthalten sein, wie in 3 gezeigt ist. 4 zeigt ein Schema des Kompressors mit der AGR-Einlassspirale zusätzlich zu einer Kompressorspirale. Die AGR-Einlassspirale kann die Abgase von dem AGR-Kanal unmittelbar an einer Hinterkante einer Kompressorschaufel des Kompressorrads in einen Diffusor des Kompressors einspritzen. 2–3 zeigen zwei Ausführungsformen des Einlass-AGR-Kanals, der innerhalb des Kompressors positioniert ist. Das Einspritzen der AGR-Abgase stromabwärts des Kompressorrads kann den Schaden des Kompressorrads durch die Kondensation verringern und dadurch die Haltbarkeit des Kompressorrads vergrößern. Außerdem können die Luftströmungsgeschwindigkeiten höher sein, während die Luftdrücke in dem Diffusor in der Nähe der Hinterkante der Kompressorschaufel im Vergleich zu den Orten weiter stromabwärts in dem Kompressor niedriger sein können. Folglich können die AGR-Luftströmungseinschränkungen aufgrund der höheren Drücke verringert sein.
1 ist eine schematische graphische Darstellung, die eine Beispielkraftmaschine 10 zeigt, die in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Die Kraftmaschine 10 ist mit vier Zylindern oder Verbrennungskammern 30 gezeigt. In Übereinstimmung mit der aktuellen Offenbarung können jedoch andere Anzahlen von Zylindern verwendet werden. Die Kraftmaschine 10 kann wenigstens teilweise durch ein Steuersystem, das eine Kontrolleinheit 12 enthält, und durch eine Eingabe von einer Bedienungsperson 132 des Fahrzeugs über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert sein. In diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 130 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134, um ein proportionales Pedalpositionssignal PP zu erzeugen. Jede Verbrennungskammer (z. B. jeder Zylinder) 30 der Kraftmaschine 10 kann Verbrennungskammerwände enthalten, in denen ein (nicht gezeigter) Kolben positioniert ist. Die Kolben können an eine Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, so dass die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann an wenigstens ein Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein und kann das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment verwenden, um das Kraftfahrzeug anzutreiben. Die Kurbelwelle 40 kann außerdem verwendet werden, um einen Drehstromgenerator 152 anzutreiben.
Die Verbrennungskammern 30 können die Einlassluft vom Einlasskrümmer 44 empfangen und können die Verbrennungsgase über einen Auslasskrümmer 46 zu einem Auslasskanal 48 (der hier außerdem als der Auslass bezeichnet wird) entleeren. Der Einlasskrümmer 44 und der Auslasskrümmer 46 können über entsprechende (nicht gezeigte) Einlassventile und Auslassventile selektiv mit der Verbrennungskammer 30 in Verbindung stehen. In einigen Ausführungsformen kann die Verbrennungskammer 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile enthalten.
Es ist gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzdüsen 50 direkt an die Verbrennungskammer 30 gekoppelt sind, um proportional zu der Impulsbreite des von der Kontrolleinheit 12 empfangenen Signals FPW den Kraftstoff direkt darin einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzdüse 50 das bereit, was als die Direkteinspritzung des Kraftstoffs in die Verbrennungskammer 30 bekannt ist; es wird jedoch erkannt, dass die Kanaleinspritzung außerdem möglich ist. Der Kraftstoff kann durch ein (nicht gezeigtes) Kraftstoffsystem, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler enthält, der Kraftstoffeinspritzdüse 50 zugeführt werden.
In einem als Zündung bezeichneten Prozess wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündmittel, wie z. B. eine Zündkerze 52, gezündet, was zur Verbrennung führt. Die Zeitsteuerung der Funkenzündung kann so gesteuert werden, dass der Funke vor (nach früh verstellt) oder nach (nach spät verstellt) dem spezifizierten Zeitpunkt des Herstellers auftritt. Die Funkenzeitsteuerung kann von der Zeitsteuerung des maximalen Bremsdrehmoments (MBT) nach spät verstellt sein, um das Kraftmaschinenklopfen zu steuern, oder unter den Bedingungen einer hohen Feuchtigkeit nach früh verstellt sein. Insbesondere kann das MBT nach früh verstellt sein, um der langsamen Verbrennungsgeschwindigkeit Rechnung zu tragen. In einem Beispiel kann der Funke während eines Pedaldrucks nach spät verstellt sein.
Der Einlasskrümmer 44 kann Einlassluft von einem Einlasskanal 42 empfangen. Der Einlasskanal 42 enthält eine Drosselklappe 21, die eine Drosselklappen-Platte 22 aufweist, um die Strömung zum Einlasskrümmer 44 zu regeln. In diesem speziellen Beispiel kann die Position (TP) der Drosselklappen-Platte 22 durch die Kontrolleinheit 12 variiert werden, um die elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) zu ermöglichen. Auf diese Weise kann die Drosselklappe 21 betrieben werden, um die den Verbrennungskammern 30 bereitgestellte Einlassluft zu variieren. Die Kontrolleinheit 12 kann z. B. die Drosselklappen-Platte 22 einstellen, um eine Öffnung der Drosselklappe 21 zu vergrößern. Das Vergrößern der Öffnung der Drosselklappe 21 kann die Luftmenge vergrößern, die dem Einlasskrümmer 44 zugeführt wird. In einem alternativen Beispiel kann die Öffnung der Drosselklappe 21 verringert oder vollständig geschlossen werden, um die Luftströmung zum Einlasskrümmer 44 abzustellen. In einigen Ausführungsformen können im Einlasskanal 42 zusätzliche Drosselklappen vorhanden sein, wie z. B. eine (nicht gezeigte) Drosselklappe stromaufwärts eines Kompressors 60.
Die Kraftmaschine 10 kann ferner eine Kompressionsvorrichtung, wie z. B. einen Turbolader oder einen Lader, enthalten, die wenigstens einen Kompressor 60 enthält, der entlang dem Einlasskanal 42 angeordnet ist. Für einen Turbolader kann der Kompressor 60 wenigstens teilweise durch eine Turbine 62, z. B. über eine Welle oder eine andere Kopplungsanordnung, angetrieben sein. Die Turbine 62 kann entlang dem Auslasskanal 48 angeordnet sein. Es können verschiedene Anordnungen bereitgestellt sein, um den Kompressor anzutreiben. Für einen Lader kann der Kompressor 60 wenigstens teilweise durch die Kraftmaschine und/oder eine elektrische Arbeitsmaschine angetrieben sein und kann keine Turbine enthalten. Folglich kann der Betrag der Kompression, der einem oder mehreren Zylindern der Kraftmaschine über einen Turbolader oder einen Lader bereitgestellt wird, durch die Kontrolleinheit 12 variiert werden.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform kann der Kompressor 60 hauptsächlich durch die Turbine 62 angetrieben sein. Die Turbine 62 kann durch die Abgase angetrieben sein, die durch den Auslasskanal 48 strömen. Folglich kann die Antriebsbewegung der Turbine 62 den Kompressor 60 antreiben. Als solche kann die Drehzahl des Kompressors 60 auf der Drehzahl der Turbine 62 basieren. Wie die Drehzahl des Kompressors 60 zunimmt, kann durch den Einlasskanal 42 dem Einlasskrümmer 44 mehr Aufladung bereitgestellt werden.
Ferner kann der Auslasskanal 48 ein Ladedrucksteuerventil 26 enthalten, um das Abgas weg von der Turbine 62 umzuleiten. Außerdem kann der Einlasskanal 42 ein Umgehungs- oder Rückführungsventil des Kompressors (CRV) 27 enthalten, das konfiguriert ist, um die Einlassluft um den Kompressor 60 umzuleiten. Das Ladedrucksteuerventil 26 und/oder das CRV 27 können durch die Kontrolleinheit 12 gesteuert sein, um geöffnet zu sein, wenn z. B. ein niedrigerer Ladedruck erwünscht ist. In Reaktion auf das Kompressorpumpen oder ein potentielles Kompressorpumpereignis kann die Kontrolleinheit 12 z. B. das CRV 27 öffnen, um den Druck am Auslass des Kompressors 60 zu verringern. Dies kann das Kompressorpumpen verringern oder stoppen. In einigen Ausführungsformen kann das CRV 27 ein Zweipositionsventil sein, das zwischen einer geschlossenen und einer offenen Position einstellbar ist. In anderen Ausführungsformen kann das CRV 27 ein Mehrpositionsventil sein, das in mehrere Positionen zwischen vollständig geöffnet und vollständig geschlossen einstellbar ist. Als solches kann das CRV 27 eingestellt werden, um die Strömung um den Kompressor 60 zu variieren.
Der Einlasskanal 42 kann ferner einen Ladeluftkühler (CAC) 80 (z. B. einen Zwischenkühler) enthalten, um die Temperatur der durch den Turbolader oder den Lader aufgeladenen Einlassgase zu verringern. In einigen Ausführungsformen kann der CAC 80 ein Luft-zu-Luft-Wärmetauscher sein. In anderen Ausführungsformen kann der CAC 80 ein Luft-zu-Flüssigkeit-Wärmetauscher sein. Der CAC 80 kann außerdem ein CAC mit variablem Volumen sein. Die heiße Ladeluft (die aufgeladene Luft) von dem Kompressor 60 tritt in den Einlass des CAC 80 ein, kühlt sich ab, wie sie sich durch den CAC bewegt, und tritt dann aus, um durch die Drosselklappe 21 hindurchzugehen und dann in den Kraftmaschinen-Einlasskrümmer 44 einzutreten. Die Umgebungsluft von außerhalb des Fahrzeugs kann durch eine Frontpartie des Fahrzeugs in die Kraftmaschine 10 eintreten und über den CAC gehen, um die Kühlung der Ladeluft zu unterstützen.
Ferner kann in den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) einen Sollanteil des Abgases von dem Auslasskanal 48 über einen AGR-Kanal, wie z. B. den AGR-Kanal 140, zum Einlasskanal 42 leiten. Die Menge der dem Einlasskanal 42 bereitgestellten AGR kann durch die Kontrolleinheit 12 über ein AGR-Ventil, wie z. B. das AGR-Ventil 142, variiert werden. Unter einigen Bedingungen kann das AGR-System verwendet werden, um die Temperatur des Luft- und Kraftstoffgemischs innerhalb der Verbrennungskammer zu regeln. Der AGR-Kanal 140 kann ferner einen AGR-Kühler 144 zum Kühlen der sich durch den AGR-Kanal 140 bewegenden Abgase enthalten. Der AGR-Kanal 140 leitet die AGR von einem Ort stromaufwärts der Turbine 62 direkt zu dem Kompressor 60. Spezifisch ist der AGR-Kanal 140 durch eine Spirale (z. B. eine AGR-Einlassspirale) an den Kompressor 60 gekoppelt, wobei er die AGR stromabwärts eines Rades des Kompressors 60 einleitet.
Die 2–4, die im Folgenden weiter beschrieben werden, zeigen ausführlich, wie die AGR in den Kompressor 60 eingeleitet wird.
Wie in 1 gezeigt ist, ist das AGR-System zu einem herkömmlichen Hochdruck-AGR-System (HP-AGR-System) ähnlich, das die AGR von einem Ort stromaufwärts einer Turbine zu einem Ort stromabwärts eines Kompressors leitet. Wie im Folgenden unter Bezugnahme auf die 2–4 weiter erörtert wird, spritzt der AGR-Kanal 140 jedoch die AGR unmittelbar an einer Hinterkante einer Schaufel (eines Kompressorrads) des Kompressors 60 in den Kompressor 60 ein. Dieser Bereich kann sich auf einem niedrigeren Druck als ein Bereich weiter stromabwärts vom Kompressor 60 befinden. Im Ergebnis können die Strömungseinschränkungen der herkömmlichen HP-AGR-Systeme, wenn der Einlasskrümmerdruck (oder der Ladedruck) größer als der Turbinengegendruck ist, verringert werden. Ferner kann in der in 1 gezeigten Konfiguration die Mischung der AGR und der Einlassluft größer als in herkömmlichen HP-AGR-Systemen sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Kraftmaschine 10 außerdem ein (nicht gezeigtes) Niederdruck-AGR-System (LP-AGR-System) enthalten, bei dem die AGR von einem Ort stromabwärts der Turbine 62 zu einem Ort stromaufwärts des Kompressors 60 geleitet wird. In der in 1 gezeigten Ausführungsform kann das AGR-System Vorteile gegenüber den herkömmlichen LP-AGR-Systemen bereitstellen. Weil die AGR z. B. nach dem Kompressorrad eingespritzt wird, kann die Kondensation in der AGR-Strömung keine Auswirkungen auf das Kompressorrad haben und dadurch die Korrosion verringern und die Haltbarkeit der Kompressorschaufel und des Kompressorrads vergrößern. Ferner kann das Einspritzen der AGR stromabwärts des Kompressorrads in das Einlasssystem den Kompressorwirkungsgrad im Vergleich zur herkömmlichen LP-AGR vergrößern. In der in 1 gezeigten Konfiguration komprimiert der Kompressor 60 kühlere Luft (komprimiert er z. B. nur Einlassluft und keine AGR), weil die AGR bis nach der Kompressorschaufel des Kompressorrads nicht mit der Einlassluft gemischt wird. Im Ergebnis kann die Kompressorschaufel auf einer niedrigeren Temperatur bleiben, als wenn die AGR stromaufwärts des Kompressors 60 in den Einlasskanal 42 eingespritzt wurde. Das Halten der Kompressorschaufel auf einer niedrigeren Temperatur kann die Schaufelhaltbarkeit und den Kompressorwirkungsgrad vergrößern, während außerdem das Kochen des Öls verringert wird.
Das AGR-System, das in 1 gezeigt ist und im Folgenden unter Bezugnahme auf die 2–4 weiter beschrieben wird, kann außerdem die Gesamtkosten des Kraftmaschinensystems verringern. Die Größe des AGR-Kühlers 144 kann z. B. verringert werden, weil der CAC 80 die Kühlung der AGR-Gase auf einem höheren Druck unterstützen kann (herkömmliche HP-AGR-Systeme spritzen die AGR stromabwärts des CAC ein, wobei sie dadurch eine vergrößerte Kühlung von dem AGR-Kühler erfordern). Ferner kann das in 1 gezeigte AGR-System keine Vorkompressor-Niederdruckdrosselklappe aufweisen, wie sie in herkömmlichen LP-AGR-Systemen verwendet wird. Eine weitere Veranschaulichung der Vorteile der in 1 gezeigten AGR-Konfiguration wird im Folgenden bezüglich der 2–4 weiter erörtert.
Die Kontrolleinheit 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, die Eingabe-/Ausgabe-Ports 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Eichwerte, das in diesem besonderen Beispiel als ein Festwertspeicher-Chip 106 gezeigt ist, einen Schreib-Lese-Speicher 108, einen Haltespeicher 110 und einen Datenbus enthält. Die Kontrolleinheit 12 kann verschiedene Signale von Sensoren, die an die Kraftmaschine 10 gekoppelt sind, empfangen, um verschiedene Funktionen auszuführen, um die Kraftmaschine 10 zu betreiben. Zusätzlich zu jenen Signalen, die vorher erörtert worden sind, können diese Signale eine Messung der eingeleiteten Luftmassenströmung vom MAF-Sensor 120; die Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (ECT) vom Temperatursensor 112, der an einem Ort innerhalb der Kraftmaschine 10 schematisch gezeigt ist; ein Profil-Zündungs-Ansprechsignal (PIP-Signal) vom Hall-Effekt-Sensor 118 (oder einem anderen Typ), der an die Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; die Drosselklappenposition (TP) von einem Drosselklappenpositionssensor, wie erörtert worden ist; und ein Krümmerabsolutdrucksignal, MAP-Signal, vom Sensor 122, wie erörtert worden ist, enthalten. Das Kraftmaschinendrehzahlsignal, RPM, kann durch die Kontrolleinheit 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Angabe eines Unterdrucks oder Drucks im Einlasskrümmer 44 bereitzustellen. Es wird angegeben, dass verschiedene Kombinationen der obigen Sensoren verwendet werden können, wie z. B. ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Während des stöchiometrischen Betriebs kann der MAP-Sensor eine Angabe des Kraftmaschinendrehmoments geben. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der detektierten Kraftmaschinendrehzahl eine Schätzung der in den Zylinder eingeleiteten Ladung (einschließlich der Luft) bereitstellen. In einem Beispiel kann der Hall-Effekt-Sensor 118, der außerdem als ein Kraftmaschinendrehzahlsensor verwendet wird, bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle 40 eine vorgegebene Anzahl gleich beabstandeter Impulse erzeugen.
Weitere Sensoren, die Signale an die Kontrolleinheit 12 senden können, enthalten einen Temperatur- und/oder Drucksensor 124 an einem Auslass eines Ladeluftkühlers 80 und einen Ladedrucksensor 126. Andere Sensoren, die nicht dargestellt sind, können außerdem vorhanden sein, wie z. B. ein Sensor zum Bestimmen der Geschwindigkeit der Einlassluft am Einlass des Ladeluftkühlers, ein Sensor zum Bestimmen der Feuchtigkeit der Einlassluft und andere Sensoren.
Die 2–4 zeigen Schemata eines Kompressors 60, der eine AGR-Einlassspirale 204 zum Einleiten (z. B. Einspritzen) der AGR nach einer Schaufel (z. B. einem Rad) des Kompressors enthält. Die 2–3 sind Querschnittsansichten eines Turboladers 202, der einen Kompressor 60 und eine Turbine 62 enthält, wie sie in 1 eingeführt worden sind. 4 zeigt eine isometrische Ansicht des Kompressors 60 mit der AGR-Einlassspirale 204.
In 2 ist zuerst ein Schema 200 einer ersten Ausführungsform des Turboladers 202 gezeigt. Spezifisch zeigt das Schema 200 die AGR-Einlassspirale 204, die innerhalb eines Gussstücks 206 oder Gehäuses des Kompressors 60 positioniert ist. Wie oben eingeführt worden ist, treten die Abgase von der Verbrennung an einer oder mehreren Spiralen 208 in die Turbine 62 ein. Die Abgase bewegen sich durch die Spiralen 208, die um die Turbine 62 gewickelt sind. Die Spiralen 208 stehen mit einem Turbinenrad 210 in Fluidverbindung. Als solche kann die Strömung der Abgase durch die Spiralen 208 mit einer Turbinenschaufel 212 des Turbinenrads 210 in Wechselwirkung treten und dadurch verursachen, dass sich das Turbinenrad 210 um eine Drehachse 214 des Turboladers 202 dreht. Das Turbinenrad 210 ist an ein erstes Ende einer Welle 216 gekoppelt. Die Welle 216 ist ferner an einem zweiten Ende der Welle 216 an ein Kompressorrad 218 gekoppelt. Als solche dreht die Drehbewegung des Turbinenrads 210 die Welle 216 und dreht dadurch das Kompressorrad 218 um die Drehachse 214. Auf diese Weise ist die Drehachse 214 des Turboladers 202 außerdem die Drehachse 214 des Kompressorrads 218 und des Turbinenrads 210. Ferner kann die Drehachse 214 außerdem als eine Mittelachse des Turboladers 202, des Kompressors 60 und/oder der Turbine 62 bezeichnet werden.
Das Kompressorrad 218 enthält eine Kompressorschaufel 220 mit mehreren Flügeln um einen Umfang des Kompressorrads 218. 2 zeigt einen Querschnitt der Kompressorschaufel 220. Die Kompressorschaufel 220 besitzt ein Pumpeneinlaufkranz-Ende 222 und ein Pumpenauslaufkranz-Ende 224. Die Einlassluft 226 tritt an einer Einlassleitung 228 des Kompressors 60 in den Kompressor 60 ein. Die Einlassleitung 228 kann an einen Einlasskanal, wie z. B. den in 1 gezeigten Einlasskanal 42, gekoppelt sein. Die Einlassluft 226 tritt an der Kompressorschaufel 220 des Kompressorrads 218 in den Kompressor 60 ein. Wie sich das Kompressorrad spezifisch um die Drehachse 214 dreht, tritt die Einlassluft 226 am Pumpeneinlaufkranz-Ende 222 in die Kompressorschaufel 220 ein. Die Einlassluft 226 wird dann durch die Zentrifugalkraft des sich drehenden Kompressorrads 218 aus dem Pumpenauslaufkranz-Ende 224 der Kompressorschaufel 220 gezwungen. Im Ergebnis tritt die Einlassluft 226 bei einer höheren Geschwindigkeit als dann, wenn sie in die Einlassleitung 228 eintritt, in einen Diffusor 230 des Kompressors 60 ein. Der Bereich des Diffusors 230 in der Nähe einer Hinterkante 234 (z. B. unmittelbar an der Hinterkante) der Kompressorschaufel 220, der mit dem Pfeil 232 gezeigt ist, kann ein Bereich mit einem relativ niedrigen Druck und einer relativ hohen Luftströmungsgeschwindigkeit sein. Die Luftströmungsgeschwindigkeiten in dem Diffusor bei dem Pfeil 232 können z. B. höher als die Luftströmungsgeschwindigkeiten weiter stromabwärts in dem Kompressor 60 sein. Ferner kann die Hinterkante 234 der Kompressorschaufel 220 eine äußerste Kante der Kompressorschaufel 220 und des Kompressorrads 218 sein.
Die Luft strömt stromabwärts durch den Diffusor 230 und in eine Spirale 236 des Kompressors 60. Die Spirale 236 des Kompressors 60 kann eine Einlassspirale sein. Folglich kann der Diffusor 230 an die Spirale 236 gekoppelt sein und als ein Teil der Spirale 236 enthalten sein. Als solcher kann sich der Diffusor 230 zwischen der Hinterkante 234 der Kompressorschaufel 220 und der Spirale 236 erstrecken. Die Luft kann durch den Diffusor 230 von der Drehachse 214 radial nach außen und in die Spirale 236 strömen. 4, die im Folgenden weiter beschrieben wird, zeigt eine isometrische Ansicht des Kompressors 60, wobei die Spirale 236 um einen äußeren Umfang des Gussstücks 206 des Kompressors 60 gewickelt ist. Nachdem die Luft durch die Spirale 236 hindurchgegangen ist, verlässt sie den Kompressor 60 an einem (in 4 gezeigten) Auslass, wobei der Auslass an den Einlasskanal gekoppelt ist, wobei sie dann stromabwärts zu einem CAC (wie z. B. den in 1 gezeigten CAC 80) und/oder einen Einlasskrümmer (wie z. B. den in 1 gezeigten Einlasskrümmer 44) weitergeht.
Wie oben in 1 eingeführt worden ist, kann die AGR von einem AGR-System stromabwärts der Kompressorschaufel 220 eingespritzt werden. Wie in 2 gezeigt ist, kann die AGR durch die AGR-Einlassspirale 204 hindurchgehen, die innerhalb des Gussstücks 206 des Kompressors 60 positioniert ist. Die AGR-Einlassspirale kann außerdem eine Einlassspirale des Kompressors sein. Die AGR-Einlassspirale 204 ist radial zwischen der Spirale 236 und dem Kompressorrad 218 positioniert. Wie in 4 gezeigt ist und im Folgenden weiter erörtert wird, ist die AGR-Einlassspirale 204 zwischen der Spirale 236 und der Einlassleitung 228 um den Kompressor gewickelt. Als solche kann die AGR-Einlassspirale 204 einen Ring um wenigstens einen Abschnitt der Einlassleitung 228 und des Kompressorrads 218 bei dem Gussstück 206 bilden. Die Spirale 236 kann außerdem einen Ring um wenigstens einen Abschnitt der Einlassleitung 228 und des Kompressorrads 218 innerhalb des Gussstücks 206 bilden. Wie in 2 zu sehen ist, befindet sich ein Ringradius der AGR-Einlassspirale 204, wobei der Ringradius der AGR-Einlassspirale 204 zwischen der Drehachse 214 und der AGR-Einlassspirale 204 definiert ist, innerhalb eines Ringradius der Spirale 236, wobei er kleiner als ein Ringradius der Spirale 236 ist, wobei der Ringradius der Spirale 236 zwischen der Drehachse 214 und der Spirale 236 definiert ist.
Wie in 2 gezeigt ist, ändert sich ein Durchmesser (z. B. ein Kanaldurchmesser) der Spirale 236 und ein Durchmesser (z. B. ein Kanaldurchmesser) der AGR-Einlassspirale 204 um den Umfang des Kompressors 60. Spezifisch nimmt der Durchmesser der Spirale 236 zu, wie sich die Luft weiter stromabwärts in der Spirale 236 bewegt und sich einem Auslass der Spirale 236 und dem Kompressor 60 nähert. Der Durchmesser der AGR-Einlassspirale 204 nimmt von einem Einlass der AGR-Einlassspirale 204 zu einem weiter stromabwärts gelegenen Ort in der AGR-Einlassspirale 204 ab. Diese Durchmesser sind in 4 dargestellt und werden im Folgenden weiter erörtert.
Die Abgase können von der AGR-Einlassspirale 204 unmittelbar an dem Bereich des Diffusors, der sich am nächsten an der Hinterkante 234 der Kompressorschaufel 220 befindet, in den Diffusor 230 gehen, wie mit dem Pfeil 232 gezeigt ist. Spezifisch kann die AGR-Einlassspirale 204 einen Einspritzkanal 240 enthalten, wobei der Einspritzkanal 240 stromabwärts der Kompressorschaufel 220, aber stromaufwärts eines Endes des Diffusors 230 unmittelbar an der Spirale 236 an den Diffusor 230 gekoppelt ist. Anders ausgedrückt, der Einspritzkanal 240 ist in einer Position entlang dem Diffusor 230 näher an der Hinterkante 234 der Kompressorschaufel 220 als die Spirale 236 an den Diffusor 230 gekoppelt. Ferner ist der Einspritzkanal 240 in einer Richtung der Luftströmung zu dem Diffusor gekrümmt. Wie in 2 gezeigt ist, krümmt sich der Einspritzkanal 240 von einem Hauptdurchgang der AGR-Einlassspirale 204 in einer Richtung bezüglich der Drehachse 214 (z. B. der Mittelachse des Kompressors 60) nach außen. Ferner kann der Einspritzkanal 240 ein gekrümmter Schlitz zwischen dem Hauptdurchgang der AGR-Einlassspirale 204 und dem Diffusor 230 sein, wobei sich der gekrümmte Schlitz um einen Umfang des Kompressorrads erstreckt. Die Einlassluft und die Abgase von der AGR-Strömung können sich in dem Diffusor 230 mischen und in die Spirale 236 eintreten, wo sie sich weiter mischen können. Die kombinierten Gase können sich durch die Spirale 236 bewegen und dann den Kompressor 60 verlassen. In einem Beispiel kann der gekrümmte Schlitz des Einspritzkanals 240 so geformt sein, dass die Einlassluftströmung von dem Kompressorrad die eintretende AGR-Strömung mitreißen kann, während die AGR strömt, ohne die Luftströmungsgeschwindigkeit signifikant zu verringern.
3 zeigt ein Schema 300 einer zweiten Ausführungsform des Turboladers 202. Spezifisch zeigt das Schema 300 die AGR-Einlassspirale 204, die anstatt in dem Gussstück 206 innerhalb einer Rückplatte 302 des Kompressors 60 positioniert ist. Das Schema 300 enthält die gleichen Komponenten wie die, die oben bezüglich 2 erörtert worden sind. Ferner ist die Luftströmung durch die Komponenten des Kompressors die gleiche wie die, die oben für 2 erörtert worden ist. Die AGR-Einlassspirale 204 ist nun jedoch auf einer der Spirale 236 gegenüberliegenden Seite des Diffusors 230 positioniert. In dieser Ausführungsform kann sich die AGR-Einlassspirale 204 um einen Umfang der Rückplatte 302 wickeln. In anderen Ausführungsformen kann ein Hauptkörper der AGR-Einlassspirale 204 außerhalb der Rückplatte 302 und der Rückplatte 302 benachbart positioniert sein. In dieser Ausführungsform kann der Einspritzkanal 240 der AGR-Einlassspirale 204 durch die Rückplatte 302 hindurchgehen, um den Diffusor 230 zu erreichen.
4 zeigt ein Schema 400 einer isometrischen Ansicht des Kompressors 60 mit der AGR-Einlassspirale 204. 4 enthält ein Koordinatensystem 402, das eine horizontale Achse 408, eine vertikale Achse 410 und eine seitliche Achse 412 aufweist. Die Einlassleitung 228 des Kompressors ist ein zylinderförmiges Rohr, das an den Einlasskanal (wie z. B. den in 1 gezeigten Einlasskanal 42) der Kraftmaschine gekoppelt sein kann. Ferner ist die Einlassleitung 228 entlang der Drehachse 214 zentriert. Wie oben erörtert worden ist, ist die Drehachse 214 außerdem die Mittelachse des Kompressors 60. Die Einlassleitung 228 ist zu der horizontalen Achse 408 parallel. Die Einlassluft 226 strömt durch die Einlassleitung 228 in einer Richtung der horizontalen Achse 408 in den Kompressor 60.
Wie oben erörtert worden ist, enthält der Kompressor 60 ein Kompressorgehäuse oder ein Gussstück 206. Das Gussstück 206 enthält eine Spirale 236 und eine AGR-Einlassspirale 204. Die Spirale 236 kann hier außerdem als eine Einlassluft-Spirale bezeichnet werden. Sowohl die Spirale 236 als auch die AGR-Einlassspirale können Einlassspiralen sein, die innerhalb des Kompressorgehäuses in dem Einlasskanal der Kraftmaschine positioniert sind. Die Abgase 414 von einem AGR-Kanal (wie z. B. dem in 1 gezeigten AGR-Kanal 140) treten durch die AGR-Einlassspirale 204 in den Kompressor 60 ein. Die AGR-Einlassspirale 204 enthält innerhalb der AGR-Einlassspirale kein Ventil. Stattdessen kann der AGR-Kanal ein AGR-Ventil enthalten, das stromaufwärts der AGR-Einlassspirale 204 positioniert ist. Wie in den 2–3 gezeigt ist, spritzt die AGR-Einlassspirale 204 die AGR-Abgase 414 stromabwärts des Kompressorrads in den Diffusor 230 ein. Darin vereinigen und mischen sich die AGR-Abgase 414 mit der Einlassluft 226, die von dem Kompressorrad ausgestoßen wird. Spezifisch vereinigen sich die AGR-Abgase 414 stromabwärts des Kompressorrads unmittelbar an der Hinterkante der (in 4 nicht gezeigten) Kompressorschaufel mit dem Einlassluftstrom. Die AGR-Abgase 414 und die Einlassluft 226, die gemischt worden sind, treten dann in die Spirale 236 ein. Die kombinierten Gase 416 bewegen sich durch die Spirale 236 und verlassen den Kompressor 60 an einem Auslass 418 der Spirale 236. Der Auslass 418 kann an den Einlasskanal (wie z. B. den Einlasskanal 42) gekoppelt sein. Folglich können die kombinierten Gase (z. B. die Ladeluft), die die Spirale 236 verlassen, weiterhin entlang dem Einlasskanal zu den stromabwärts gelegenen Kraftmaschinenkomponenten, wie z. B. einem Ladeluftkühler und einem Einlasskrümmer, strömen.
Sowohl die Spirale 236 als auch die AGR-Einlassspirale 204 sind kreisförmige Kanäle innerhalb des Gussstücks 206. Die kreisförmigen Kanäle sind gekrümmt und weisen einen Durchmesser (z. B. einen Kanaldurchmesser) und eine Querschnittsfläche auf, die sich entlang einer Länge jedes Kanals ändern. Die Spirale 236 weist z. B. eine Mittelachse 404 auf, wobei die Mittelachse 404 innerhalb des kreisförmigen Kanals der Spirale 236 zentriert ist. Die Mittelachse 404 der Spirale 236 weist eine Krümmung auf, wie sie um den Kompressor 60 gewickelt ist. Die Krümmung der Mittelachse 404 kann einem äußeren Umfang des Kompressors 60 folgen. Ferner krümmt sich die Spirale 236 um die Einlassleitung 228. In der Nähe des Auslasses 418 der Spirale 236 ist die Mittelachse 404 zu der seitlichen Achse 412 parallel. Außerdem ist die Mittelachse 404 der Spirale 236 zu der Drehachse 214 und zu der Einlassleitung 228 senkrecht. Ein Durchmesser 420 der Spirale 236 nimmt von einem ersten Ende 422, wobei das erste Ende 422 in dem Gussstück 206 des Kompressors enthalten ist, zu einem zweiten Ende (z. B. einem Auslassende) am Auslass 418 der Spirale 236 zu.
Die kombinierte Luftströmung, die sich durch die Spirale 236 bewegt, strömt entlang einem durch die gekrümmte Mittelachse 404 definierten gekrümmten Strömungsweg. Die Spirale 236 leitet die Luftströmung entlang dem gekrümmten Strömungsweg in Umfangsrichtung um den Kompressor 60. Da der Durchmesser 420 der Spirale 236 zunimmt, wie der gekrümmte Strömungsweg stromabwärts zu dem Auslass 418 weitergeht, kann eine Geschwindigkeit der Luftströmung in der Spirale 236 abnehmen.
Ähnlich weist die AGR-Einlassspirale 204 eine Mittelachse 406 auf, die innerhalb des kreisförmigen Kanals der AGR-Einlassspirale 204 zentriert ist. Die Mittelachse 406 weist eine Krümmung auf, wie sie um den Kompressor 60 gewickelt ist. Die Krümmung der Mittelachse 406 kann der Krümmung der Mittelachse 404 folgen und sich dadurch um die Mittelachse (z. B. die Drehachse 214) des Kompressors 60 krümmen. Die AGR-Einlassspirale 204 krümmt sich entlang einer Innenkante der Spirale 236 um die Einlassleitung 228. Spezifisch ist die AGR-Einlassspirale 204 zwischen der Spirale 236 und der Einlassleitung 228 innerhalb des Gussstücks 206 verschachtelt. Ein Krümmungsradius der Mittelachse 406 der AGR-Einlassspirale 204 ist kleiner als ein Krümmungsradius der Mittelachse 404 der Spirale 236, wobei die Krümmungsradien bezüglich der Drehachse 214 (z. B. der Mittelachse des Kompressors 60) definiert sind. Anders ausgedrückt, die Spirale 236 krümmt sich mit einem größeren Radius der Krümmung (z. B. Krümmungsradius) als die AGR-Einlassleitung 204 um die Einlassleitung 228, wobei der Radius der Krümmung der Spirale 236 zwischen der Mittelachse des Kompressors und der Mittelachse 404 der Spirale 236 definiert ist. Ähnlich kann der Radius der Krümmung der AGR-Einlassspirale 204 zwischen der Mittelachse des Kompressors (z. B. der Drehachse 214) und der Mittelachse 406 der AGR-Einlassspirale 204 definiert sein.
In der Nähe eines Einlasses 424 der AGR-Einlassspirale 204 ist die Mittelachse 406 zur seitlichen Achse 412 parallel. Die Mittelachse 406 der AGR-Einlassspirale 204 ist zu der Drehachse 214 senkrecht. Wie in 4 gezeigt ist, kann die Mittelachse 406 der AGR-Einlassspirale 204 an dem Einlassende der AGR-Einlassspirale 204 und dem Auslassende der Spirale 236 zur Mittelachse 404 der Spirale 236 parallel sein. In einem alternativen Beispiel kann der Einlass 424 der AGR-Einlassspirale 204 an einem anderen Ort um den Umfang des Kompressors 60 positioniert sein. Als solche kann die Mittelachse 406 zur Mittelachse 404 nicht parallel sein.
Ein Durchmesser 426 der AGR-Einlassspirale 204 nimmt von einem ersten Ende (z. B. einem Einlassende) am Einlass 424 der AGR-Einlassspirale 204 zu einem zweiten Ende 428 ab, wobei das zweite Ende 428 in dem Gussstück 206 des Kompressors enthalten ist. Wie in 4 gezeigt ist, kann der Durchmesser 426 am Einlass 424 der AGR-Einlassspirale 204 kleiner als der Durchmesser 420 am Auslass 418 der Spirale 236 sein. In alternativen Ausführungsformen kann jedoch der Durchmesser 426 am Einlass 424 im Wesentlichen der gleiche wie der Durchmesser 420 am Auslass 418 sein. In einer noch weiteren Ausführungsform kann der Durchmesser 426 am Einlass 424 größer als der Durchmesser 420 am Auslass 418 sein. Ferner weisen die Spirale 236 und die AGR-Einlassspirale 204 in einer Richtung um die Mittelachse des Kompressors entgegengesetzt zunehmende Querschnittsflächen (und Durchmesser) auf, wie in 4 gezeigt ist. Die Querschnittsfläche und der Durchmesser 426 der AGR-Einlassspirale 204 nehmen z. B. zu, wie sich die AGR-Einlassspirale 204 im Uhrzeigersinn um die Drehachse 214 krümmt (wobei die Richtung im Uhrzeigersinn bezüglich der Blickrichtung von der Einlassleitung in den Kompressor definiert ist). Umgekehrt nehmen die Querschnittsfläche und der Durchmesser 420 der Spirale 236 zu, wie sich die Spirale 236 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Drehachse 214 krümmt (wobei die Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn bezüglich der Blickrichtung von der Einlassleitung in den Kompressor definiert ist).
Die Luftströmung, die sich durch die AGR-Einlassspirale 204 bewegt, fließt entlang einem gekrümmten Strömungsweg, der durch die gekrümmte Mittelachse 406 definiert ist. Die AGR-Einlassspirale 204 leitet die Luftströmung entlang dem gekrümmten Strömungsweg in Umfangsrichtung um die Einlassleitung 228 des Kompressors 60. Da der Durchmesser 426 der AGR-Einlassspirale 204 abnimmt, wie der gekrümmte Strömungsweg stromabwärts zu dem zweiten Ende 428 weitergeht, kann eine Geschwindigkeit der Luftströmung in der AGR-Einlassspirale 204 zunehmen.
Das System nach den 1–4 stellt ein Kraftmaschinensystem bereit, das eine Kraftmaschine mit einem Einlasskanal und einem Auslasskanal, einen Kompressor, der in dem Einlasskanal positioniert ist, wobei der Kompressor eine Abgasrückführungs-Einlassspirale aufweist, eine Turbine, die in dem Auslasskanal positioniert ist, wobei die Turbine den Kompressor antreibt, und ein Abgasrückführungssystem, das einen Abgasrückführungskanal aufweist, wobei der Abgasrückführungskanal zwischen den Auslasskanal stromaufwärts der Turbine und die Abgasrückführungs-Einlassspirale des Kompressors gekoppelt ist, enthält. Der Kompressor kann ferner eine Spirale enthalten, die einen Diffusor aufweist. Außerdem kann die Abgasrückführungsspirale einen Einspritzkanal enthalten, der unmittelbar an einer Hinterkante einer Kompressorschaufel des Kompressors an den Diffusor gekoppelt ist.
Wie oben erörtert worden ist, kann das Verbinden des AGR-Kanals mit dem Einlasskanal an dem Kompressor Vorteile gegenüber herkömmlichen LP-AGR- und HP-AGR-Systemen bereitstellen. Wie in den 1–4 gezeigt ist, wird die AGR stromabwärts des Kompressorrads unmittelbar an einer Hinterkante der Kompressorschaufel in den Kompressor eingespritzt. Obwohl sich dieser Ort stromabwärts des Kompressorrads und der Kompressorschaufel befindet, kann er außerdem ein Ort mit einem relativ niedrigeren Druck als weiter stromabwärts in dem Diffusor und der Spirale sein.
Der Druck in der Spirale kann z. B. höher als der Druck in dem Diffusor in der Nähe der Hinterkante der Kompressorschaufel sein. Ferner kann der Ort in dem Diffusor unmittelbar an der Hinterkante der Kompressorschaufel höhere Luftströmungsgeschwindigkeiten als weiter stromabwärts in dem Kompressor erfahren. Wie sich die kombinierten AGR- und Einlassgase weiter stromabwärts bewegen, kann die Geschwindigkeit der Luftströmung abnehmen und kann der Druck der Gase zunehmen. Das Einspritzen des AGR-Abgasstroms unmittelbar an der Hinterkante der Kompressorschaufel besitzt mehrere Vorteile. Erstens kann, wie oben eingeführt worden ist, das Einspritzen der AGR auf diese Weise die AGR-Strömungsfähigkeit vergrößern. Wenn spezifisch der Lade- oder Einlasskrümmerdruck größer als der Turbinengegendruck ist, kann der niedrigere Druck an der Stelle der AGR-Einspritzung zu einer vergrößerten AGR-Strömung gegenüber herkömmlichen HP-AGR-Systemen führen. Ferner kann das Einspritzen der AGR in einen Bereich mit einer höheren Strömung in dem Diffusor das Mischen der AGR-Abgase und des Einlassluftstroms vergrößern. Noch weiter kann das Einspritzen der AGR stromabwärts der Kompressorschaufel die Haltbarkeit des Kompressorrads und der Kompressorschaufel vergrößern. Die Kondensation in dem AGR-Strom kann z. B. nicht mit dem Kompressorrad in Kontakt gelangen, wobei dadurch die Korrosion und ein Schaden des Kompressorrads verringert werden. Außerdem kann das Einspritzen von AGR-Abgasen mit höherer Temperatur nach dem Kompressorrad unterstützen, das Kompressorrad auf einer niedrigeren Temperatur aufrechtzuerhalten und dadurch die Haltbarkeit des Kompressorrads weiter zu vergrößern.
Auf diese Weise können die Abgase von einem Abgasrückführungssystem (AGR-System) in einen Einlasskanal an einem Kompressor eingeleitet werden. Spezifisch können die AGR-Abgase durch eine AGR-Einlassspirale strömen, die in einem Gussstück des Kompressors enthalten ist. Die AGR-Einlassspirale kann die Abgase unmittelbar an einer Hinterkante einer Kompressorschaufel eines Kompressorrads in einen Diffusor einspritzen. Folglich können die AGR-Gase stromabwärts des Kompressorrads in einem Bereich mit relativ höheren Luftströmungsgeschwindigkeiten und niedrigeren Luftdrücken als weiter stromabwärts in dem Diffusor und der Kompressorspirale in den Diffusor eintreten. Die Kopplung des AGR-Kanals an das Einlasssystem auf diese Weise kann die Haltbarkeit der Kompressorschaufel vergrößern und einen AGR-Strömungsbereich vergrößern. Ferner kann ein Kompressor-Luftmassendurchfluss durch das Komprimieren kühlerer Luft zunehmen.
Als eine Ausführungsform umfasst ein Kompressor eines Turboladers ein Kompressorrad, das um eine Mittelachse des Kompressors drehbar ist, und eine Abgasrückführungs-Einlassspirale, wobei die Abgasrückführungs-Einlassspirale einen Einspritzkanal aufweist, der unmittelbar an einer Hinterkante des Kompressorrads positioniert ist. Der Kompressor umfasst ferner eine Spirale, die innerhalb eines Gussstücks des Kompressors positioniert ist, wobei die Spirale einen Diffusor enthält. Der Einspritzkanal ist ein gekrümmter Schlitz stromabwärts der Hinterkante zwischen der Abgasrückführungs-Einlassspirale und dem Diffusor.
In einem Beispiel ist die Abgasrückführungs-Einlassspirale innerhalb des Gussstücks des Kompressors positioniert. Ein Durchmesser der Spirale nimmt von einem ersten Ende der Spirale zu einem zweiten Ende der Spirale zu, wobei das erste Ende an dem Gussstück positioniert ist und das zweite Ende an einem Auslass der Spirale positioniert ist. Umgekehrt nimmt ein Durchmesser der Abgasrückführungs-Einlassspirale von einem ersten Ende der Abgasrückführungs-Einlassspirale zu einem zweiten Ende der Abgasrückführungs-Einlassspirale ab, wobei das erste Ende an einem Einlass der Abgasrückführungs-Einlassspirale positioniert ist und das zweite Ende an dem Gussstück positioniert ist. Der Kompressor enthält ferner eine Einlassleitung, wobei die Einlassleitung entlang der Mittelachse des Kompressors zentriert ist. Eine Mittelachse der Spirale krümmt sich entlang einem äußeren Umfang des Kompressors um die Einlassleitung, während sich eine Mittelachse der Abgasrückführungs-Einlassspirale an einer Innenkante der Spirale um die Einlassleitung krümmt. Ferner ist die Mittelachse der Abgasrückführungs-Einlassspirale an einem Einlassende der Abgasrückführungs-Einlassspirale zu der Mittelachse der Spirale an einem Auslassende der Spirale parallel. Außerdem sind die Mittelachse der Abgasrückführungs-Einlassspirale und die Mittelachse der Spirale zur Mittelachse des Kompressors senkrecht. In einem alternativen Beispiel ist die Abgasrückführungs-Einlassspirale innerhalb einer Rückplatte des Kompressors positioniert.
Als eine weitere Ausführungsform umfasst ein Kompressor eines Turboladers ein Kompressor-Gussstück, das eine Spirale enthält, wobei die Spirale an einen Diffusor gekoppelt ist; ein Kompressorrad, das um eine Mittelachse des Kompressors drehbar ist, wobei das Kompressorrad eine Kompressorschaufel enthält; und eine Abgasrückführungs-Einlassspirale, die innerhalb des Kompressor-Gussstücks positioniert ist, wobei die Abgasrückführungs-Einlassspirale einen Einspritzkanal aufweist, der stromabwärts einer Hinterkante der Kompressorschaufel, aber stromaufwärts eines Endes des Diffusors unmittelbar an der Spirale an den Diffusor gekoppelt ist. Die Abgasrückführungs-Einlassspirale ist ein kreisförmiger Kanal mit einem Kanaldurchmesser und einer Mittelachse, wobei sich die Mittelachse der Abgasrückführungs-Einlassspirale um eine Einlassleitung des Kompressors krümmt. Ferner ist die Abgasrückführungs-Einlassspirale zwischen der Spirale und der Einlassleitung innerhalb des Gussstücks verschachtelt, wobei sich die Spirale mit einem größeren Radius der Krümmung als die Abgasrückführungs-Einlassleitung um die Einlassleitung krümmt, wobei der Radius der Krümmung der Spirale zwischen der Mittelachse des Kompressors und einer Mittelachse der Spirale definiert ist und wobei die Spirale und die Abgasrückführungs-Einlassspirale in einer Richtung um die Mittelachse des Kompressors entgegengesetzt zunehmende Querschnittsflächen aufweisen.
Der Kanaldurchmesser der Abgasrückführungs-Einlassspirale nimmt von einem Einlassende der Abgasrückführungs-Einlassspirale zu einem zweiten Ende der Abgasrückführungs-Einlassspirale ab, wobei das zweite Ende an dem Kompressor-Gussstück positioniert ist. Ferner ist die Mittelachse der Abgasrückführungs-Einlassspirale zu einer Mittelachse der Spirale an einem Einlassende der Abgasrückführungs-Einlassspirale und einem Auslassende der Spirale parallel. Außerdem ist die Mittelachse der Abgasrückführungs-Einlassspirale zu der Mittelachse des Kompressors senkrecht. Der Einspritzkanal ist ein gekrümmter Schlitz, der sich um einen Umfang des Kompressorrads erstreckt, wobei sich der gekrümmte Schlitz in einer Luftströmungsrichtung krümmt.
Eine Ausführungsform enthält ein Kraftmaschinensystem, das Folgendes umfasst: eine Kraftmaschine mit einem Einlasskanal und einem Auslasskanal; einen Kompressor, der in dem Einlasskanal positioniert ist, wobei der Kompressor eine Abgasrückführungs-Einlassspirale aufweist, wobei die Abgasrückführungs-Einlassspirale einen Einspritzkanal aufweist, der stromabwärts einer Hinterkante einer Kompressorschaufel des Kompressors positioniert ist; eine Turbine, die in dem Auslasskanal positioniert ist, wobei die Turbine den Kompressor antreibt; und ein Abgasrückführungssystem, das einen Abgasrückführungskanal aufweist, wobei der Abgasrückführungskanal zwischen den Auslasskanal stromaufwärts der Turbine und die Abgasrückführungs-Einlassspirale des Kompressors gekoppelt ist. Der Kompressor kann ferner eine Spirale enthalten, die einen Diffusor aufweist, wobei der Einspritzkanal der Abgasrückführungs-Einlassspirale stromabwärts der Hinterkante der Kompressorschaufel an den Diffusor gekoppelt ist.
Es ist klar, dass die hier offenbarten Konfigurationen beispielhafter Art sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technik kann z. B. auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderen Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
Die folgenden Ansprüche legen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders dar, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder dessen Äquivalent beziehen. Derartige Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente enthalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Darstellung neuer Ansprüche in dieser oder einer in Beziehung stehenden Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche, ob ihr Umfang umfassender als der, enger als der oder gleich dem Umfang der ursprünglichen Ansprüche ist oder vom Umfang der ursprünglichen Ansprüche verschieden ist, werden außerdem als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims

Kompressor eines Turboladers, der Folgendes umfasst: ein Kompressorrad, das um eine Mittelachse des Kompressors drehbar ist; und eine Abgasrückführungs-Einlassspirale, wobei die Abgasrückführungs-Einlassspirale einen Einspritzkanal aufweist, der stromabwärts einer Hinterkante des Kompressorrads positioniert ist.
Kompressor nach Anspruch 1, wobei der Kompressor ferner eine Spirale umfasst, die innerhalb eines Gussstücks des Kompressors positioniert ist, wobei die Spirale einen Diffusor enthält.
Kompressor nach Anspruch 2, wobei der Einspritzkanal ein gekrümmter Schlitz stromabwärts der Hinterkante zwischen der Abgasrückführungs-Einlassspirale und dem Diffusor ist.
Kompressor nach Anspruch 2, wobei die Abgasrückführungs-Einlassspirale innerhalb des Gussstücks des Kompressors positioniert ist.
Kompressor nach Anspruch 4, wobei ein Durchmesser der Spirale von einem ersten Ende der Spirale zu einem zweiten Ende der Spirale zunimmt, wobei das erste Ende an dem Gussstück positioniert ist und das zweite Ende an einem Auslass der Spirale positioniert ist.
Kompressor nach Anspruch 4, wobei ein Durchmesser der Abgasrückführungs-Einlassspirale von einem ersten Ende der Abgasrückführungs-Einlassspirale zu einem zweiten Ende der Abgasrückführungs-Einlassspirale abnimmt, wobei das erste Ende an einem Einlass der Abgasrückführungs-Einlassspirale positioniert ist und das zweite Ende an dem Gussstück positioniert ist.
Kompressor nach Anspruch 2, wobei der Kompressor ferner eine Einlassleitung enthält, wobei die Einlassleitung entlang der Mittelachse des Kompressors zentriert ist.
Kompressor nach Anspruch 7, wobei sich eine Mittelachse der Spirale entlang einem äußeren Umfang des Kompressors um die Einlassleitung krümmt.
Kompressor nach Anspruch 8, wobei sich eine Mittelachse der Abgasrückführungs-Einlassspirale an einer Innenkante der Spirale um die Einlassleitung krümmt.
Kompressor nach Anspruch 9, wobei die Mittelachse der Abgasrückführungs-Einlassspirale an einem Einlassende der Abgasrückführungs-Einlassspirale zu der Mittelachse der Spirale an einem Auslassende der Spirale parallel ist.
Kompressor nach Anspruch 9, wobei die Mittelachse der Abgasrückführungs-Einlassspirale und die Mittelachse der Spirale zu der Mittelachse des Kompressors senkrecht sind.
Kompressor nach Anspruch 1, wobei die Abgasrückführungs-Einlassspirale innerhalb einer Rückplatte des Kompressors positioniert ist.
Kompressor eines Turboladers, wobei der Kompressor Folgendes umfasst: ein Kompressor-Gussstück, das eine Spirale enthält, wobei die Spirale an einen Diffusor gekoppelt ist; ein Kompressorrad, das um eine Mittelachse des Kompressors drehbar ist, wobei das Kompressorrad eine Kompressorschaufel enthält; und eine Abgasrückführungs-Einlassspirale, die innerhalb des Kompressor-Gussstücks positioniert ist, wobei die Abgasrückführungs-Einlassspirale einen Einspritzkanal aufweist, der stromabwärts einer Hinterkante der Kompressorschaufel, aber stromaufwärts eines Endes des Diffusors unmittelbar an der Spirale an den Diffusor gekoppelt ist.
Kompressor nach Anspruch 13, wobei die Abgasrückführungs-Einlassspirale ein kreisförmiger Kanal mit einem Kanaldurchmesser und einer Mittelachse ist, wobei sich die Mittelachse der Abgasrückführungs-Einlassspirale um eine Einlassleitung des Kompressors krümmt.
Kompressor nach Anspruch 14, wobei die Abgasrückführungs-Einlassspirale zwischen der Spirale und der Einlassleitung innerhalb des Gussstücks verschachtelt ist, wobei sich die Spirale mit einem größeren Radius der Krümmung als die Abgasrückführungs-Einlassleitung um die Einlassleitung krümmt, wobei der Radius der Krümmung der Spirale zwischen der Mittelachse des Kompressors und einer Mittelachse der Spirale definiert ist und wobei die Spirale und die Abgasrückführungs-Einlassspirale in einer Richtung um die Mittelachse des Kompressors entgegengesetzt zunehmende Querschnittsflächen aufweisen.
Kompressor nach Anspruch 14, wobei der Kanaldurchmesser von einem Einlassende der Abgasrückführungs-Einlassspirale zu einem zweiten Ende der Abgasrückführungs-Einlassspirale abnimmt, wobei das zweite Ende an dem Kompressor-Gussstück positioniert ist.
Kompressor nach Anspruch 14, wobei die Mittelachse der Abgasrückführungs-Einlassspirale zu einer Mittelachse der Spirale an einem Einlassende der Abgasrückführungs-Einlassspirale und einem Auslassende der Spirale parallel ist und wobei die Mittelachse der Abgasrückführungs-Einlassspirale zur Mittelachse des Kompressors senkrecht ist.
Kompressor nach Anspruch 14, wobei der Einspritzkanal ein gekrümmter Schlitz ist, der sich um einen Umfang des Kompressorrads erstreckt, wobei sich der gekrümmte Schlitz in einer Luftströmungsrichtung krümmt.