DE202014102773U1

DE202014102773U1 - Turbolader

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Publication number: DE202014102773U1
Application number: DE202014102773.4U
Authority: DE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2014-07-01
Anticipated expiration: 2024-06-17
Also published as: CN204225998U; US10107296B2; RU150653U1; US20140377051A1

Abstract

System für einen Turbolader-Kompressor, das Folgendes umfasst: eine betätigbare ringförmige Scheibe, in der Drosselschlitze vorgesehen sind; eine äußere ringförmige Scheibe, in der Drosselschlitze vorgesehen sind; und einen Aktuator, um die betätigbare ringförmige Scheibe bezüglich der äußeren ringförmigen Scheibe zu drehen, um die Ausrichtung der Drosselschlitze der betätigbaren ringförmigen Scheibe und der äußeren ringförmigen Scheibe zu variieren.

Description

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Systeme für Turbolader von Brennkraftmaschinen.
Kraftmaschinen können einen Turbolader verwenden, um die Drehmoment-/Leistungsausgabedichte der Kraftmaschine zu verbessern. In einem Beispiel kann ein Turbolader einen Kompressor und eine Turbine enthalten, die durch eine Antriebswelle verbunden sind, wobei die Turbine an die Seite des Auslasskrümmers gekoppelt ist, während der Kompressor an die Seite des Einlasskrümmers gekoppelt ist. Auf diese Weise führt die durch die Abgase angetriebene Turbine dem Kompressor Energie zu, um die Strömung der Luft in die Kraftmaschine zu vergrößern.
Der Kompressor ist vorgesehen, um in einem Betriebsbereich zwischen zwei Bedingungen zu arbeiten, dem Pumpen und dem Drosseln. Das Pumpen tritt während eines geringen Luftmassendurchflusses auf, wenn die Luftströmung durch den Kompressor stehenbleibt und sich umkehren kann. Die Umkehrung der Luftströmung kann verursachen, dass die Kraftmaschine Leistung verliert. Eine Quelle des Pumpens, das Pedalfreigabe-Pumpen, kann auftreten, wenn die Kraftmaschine plötzlich verlangsamt. Während des Pedalfreigabe-Pumpens können sich die Kraftmaschine und der Luftmassendurchfluss durch den Kompressor verlangsamen, während sich der Turbolader aufgrund der Trägheit und der Verzögerungen durch das Auslasssystem weiterhin dreht. Der sich drehende Kompressor und der geringe Luftmassendurchfluss können einen schnellen Druckaufbau am Kompressorauslass verursachen, während die nacheilende höhere Auslassdurchflussmenge eine Druckverringerung auf der Turbinenseite verursachen kann. Wenn die Vorwärtsströmung durch den Kompressor nicht länger aufrecht erhalten werden kann, tritt eine vorübergehende Strömungsumkehr auf, wobei der Kompressor pumpt.
Eine zweite Quelle des Pumpens kann teilweise durch hohe Niveaus der gekühlten Abgasrückführung (AGR) verursacht werden. Die AGR kann verwendet werden, um NO_x-Emissionen von Dieselkraftmaschinen zu verringern und um das Klopfen in Benzinkraftmaschinen zu steuern. Hohe Niveaus der AGR können den Kompressordruck erhöhen, während sie den Massendurchfluss durch den Kompressor verringern, was verursacht, dass der Kompressor ineffizient oder im Pumpbereich arbeitet.
Das Drosseln tritt auf, wenn der Luftmassendurchfluss, der durch den Kompressor strömt, für eine gegebene Drehzahl des Kompressors nicht vergrößert werden kann. Während des Drosselns kann der Turbolader keine zusätzliche Luft der Kraftmaschine bereitstellen, wobei daher die Leistungsausgabedichte der Kraftmaschine nicht vergrößert werden kann.
Deshalb kann es erwünscht sein, den Betriebsbereich des Kompressors und des Turboladers durch das Verringern der Luftdurchflussmenge, bevor das Pumpen auftritt, und das Vergrößern der Luftdurchflussmenge, bevor das Drosseln auftritt, zu vergrößern. Eine Lösung, die verwendet worden ist, um den Arbeitspunkt auszuweiten, ist eine passive Gehäusestrukturierung. Die passive Gehäusestrukturierung enthält ein Paar von unbeweglichen Schlitzen, die die Luftströmung durch den Kompressor modifizieren. Während der Bedingungen eines geringen Luftmassendurchflusses können die Schlitze der passiven Gehäusestrukturierung einen Weg bereitstellen, um die teilweise unter Druck gesetzte Luft zurück zum Kompressoreinlass zurückzuführen. Die zurückgeführte Luft, die durch den Kompressor strömt, kann es ermöglichen, dass weniger Luft durch den Kompressor strömt, bevor das Pumpen auftritt. Während der Bedingungen eines hohen Luftmassendurchflusses können die Schlitze der passiven Gehäusestrukturierung einen Weg bereitstellen, um die Luftströmung durch den Kompressor kurzzuschließen, so dass das Drosseln bei einer höheren Luftmassendurchflussmenge auftritt.
Die Erfinder haben hier jedoch erkannt, dass ein effektiver Ort für einen passiven Rückführungskanal, um das Pumpen zu verhindern, von einem effektiven Ort für einen Kanal, um das Drosseln zu verhindern, verschieden ist. In der vorliegenden Offenbarung wird ein ständig offener Kanal, um das Pumpen zu verhindern, offenbart, wie ein getrennter Kanal, um das Drosseln zu verhindern, offenbart wird, wobei dessen Einlass für die Luftströmung durch einen Kompressoreinlass geöffnet oder geschlossen werden kann. Ein Ablasskanal kann so angeordnet sein, dass sich sein Einlass in einer Höhe unter den vollen Schaufeln eines Kompressor-Pumpenrads, aber über den Teilerschaufeln befindet. Umgekehrt kann der Drosselkanal dazu dienen, der Basis des Pumpenrads unter den Teiler- und Turboladerschaufeln Luft bereitzustellen. Die Öffnung eines Einlasses des Drosselkanals kann außerdem variabel sein, so dass ein Kraftmaschinen-Controller steuern kann, wann der Einlass des Drosselkanals der Luftströmung von dem Kompressoreinlass ausgesetzt wird, und das Ausmaß steuern kann, bis zu dem der Einlass des Drosselkanals der Luftströmung von dem Kompressoreinlass ausgesetzt wird. Ein derartiges Signal kann bereitgestellt werden, wenn sich ein Kompressor in der Nähe der Drosselbedingungen befindet. Wenn der Einlass des Drosselkanals offen ist, kann in den Kompressor an seiner Basis Luft gezogen werden, wobei die Luft dazu dienen kann, um die Strömungskapazität des Kompressors effektiv zu erweitern.
Hier wird ein Kompressorgehäuse offenbart, das ein Paar ringförmiger Scheiben aufweisen kann, die sich stromabwärts des Einlasses am Rand des Inneren des Kompressors befinden. Die ringförmigen Scheiben umfassen ausrichtbare Öffnungen um ihren Umfang, wobei diese Drosselschlitze ausgerichtet sein können, um sich in einen Einlass eines Drosselkanals zu öffnen, um es zu ermöglichen, dass Luft in die Basis des Pumpenrads gezogen wird. Wenn sich außerdem die Drosselschlitze der zwei ringförmigen Scheiben nicht überlappen, trennen sie den Einlass des Drosselkanals effektiv von der Luftströmung vom Kompressoreinlass ab.
Es werden Systeme für einen Turbolader-Kompressor offenbart, wobei das System Folgendes umfasst: eine betätigbare ringförmige Scheibe, die Drosselschlitze darin umfasst; eine äußere ringförmige Scheibe, die Drosselschlitze darin umfasst; und einen Aktuator, um die betätigbare ringförmige Scheibe bezüglich der äußeren ringförmigen Scheibe zu drehen, um die Ausrichtung der Drosselschlitze der betätigbaren ringförmigen Scheibe und der äußeren ringförmigen Scheibe zu verändern. Der Aktuator kann in Reaktion auf die Betriebsbedingungen des Kompressors durch einen Kraftmaschinen-Controller gesteuert werden und betätigt werden, um die Drosselschlitze auszurichten. Die Ausrichtung der Drosselschlitze ermöglicht es, dass Luft in das Pumpenrad gezogen wird, was die Strömungskapazität des Kompressors effektiv erweitert, um das Kompressordrosseln zu verhindern.
Die obigen Vorteile und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung leicht offensichtlich, wenn sie allein oder im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird.
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. Ferner haben die Erfinder die hier angegebenen Nachteile erkannt, wobei sie diese nicht als bekannt anerkennen.
1 zeigt einen Blockschaltplan einer Turbolader-Kraftmaschine mit Abgasrückführung.
2 zeigt eine Schnittansicht eines Turboladers, der eine Turbine und einen Kompressor aufweist, mit einer ersten Ausführungsform einer Gehäusestrukturierung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
3 zeigt eine Explosionsansicht der Kompressorkomponenten mit einer ersten Ausführungsform einer Gehäusestrukturierung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
4 zeigt einen Querschnitt in einer perspektivischen Ansicht der Kompressorkomponenten mit der ersten Ausführungsform der Gehäusestrukturierung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
5 zeigt eine Vorderansicht eines Abschnitts eines äußeren Gehäuses für einen Kompressor mit der ersten Ausführungsform der Gehäusestrukturierung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
6 zeigt einen Querschnitt der Kompressorkomponenten mit der ersten Ausführungsform der Gehäusestrukturierung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
7 zeigt eine Rückansicht eines Abschnitts eines äußeren Gehäuses für einen Kompressor mit der ersten Ausführungsform der Gehäusestrukturierung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
8 zeigt eine Vorderansicht eines Kompressors mit einer zweiten Ausführungsform einer Gehäusestrukturierung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
9 zeigt eine Vorderansicht der Kompressorkomponenten mit der zweiten Ausführungsform der Gehäusestrukturierung der vorliegenden Offenbarung.
10 zeigt eine Vorderansicht einer ringförmigen Scheibe der zweiten Ausführungsform der Gehäusestrukturierung der vorliegenden Offenbarung.
11 zeigt eine Vorderansicht einer betätigbaren ringförmigen Scheibe der zweiten Ausführungsform der Gehäusestrukturierung der vorliegenden Offenbarung.
12 zeigt einen Querschnitt in einer perspektivischen Ansicht der Kompressorkomponenten mit der zweiten Ausführungsform der Gehäusestrukturierung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
13 zeigt einen Querschnitt der Kompressorkomponenten mit der zweiten Ausführungsform der Gehäusestrukturierung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist ein betätigbarer Kanal, der mit der Basis eines Kompressor-Pumpenrads in Fluidverbindung steht. Ein Paar ringförmiger Scheiben, von denen jede Drosselschlitze in regelmäßigen Abständen um ihren Umfang enthält, ist stromabwärts eines Kompressoreinlasses vorgesehen. Ein Aktuator kann die innere, betätigbare ringförmige Scheibe bezüglich der äußeren ringförmigen Scheibe, auf der sie sitzen kann, drehen. Die Drehung der betätigbaren ringförmigen Scheibe kann die Ausrichtung der Drosselschlitze der zwei Scheiben verändern, was die Überlappung des offenen Raums verursachen kann. Die Ausrichtung der Drosselschlitze kann einen darunterliegenden Drosselkanal zum Einlass des Kompressors öffnen. Der Auslass des Drosselkanals steht in einer Höhe stromabwärts der Vorderkante sowohl der Teiler- als auch der vollen Schaufeln mit der Basis des Kompressors in Fluidverbindung. Die Drehung der betätigbaren ringförmigen Scheibe und folglich die Ausrichtung der Drosselschlitze kann durch einen Kraftmaschinen-Controller basierend auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine gesteuert werden. Die Öffnung des Drosselkanals zum Kompressoreinlass kann die Strömungskapazität des Kompressors effektiv erweitern und kann das Kompressordrosseln verhindern. In dieser Ausführungsform ist ein Ablasskanal, der über der Vorderkante der Teilerschaufeln und unter der Vorderkante der vollen Schaufeln mit dem Kompressoreinlass und dem Pumpenrad in Fluidverbindung steht, ständig offen.
Die Gehäusestrukturierung der vorliegenden Offenbarung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlicher beschrieben. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Zylinders einer Kraftmaschine gemäß der vorliegenden Offenbarung. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Turboladers, der einen Kompressor gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst. In einer ersten Ausführungsform eines derartigen Kompressors, die in den 3–7 dargestellt ist, sind die ringförmigen Scheiben im Wesentlichen flach, wobei das äußere Kompressorgehäuse die Innenwände der verschiedenen Kanäle bildet. In einer zweiten Beispielausführungsform, die in den 8–13 gezeigt ist, besitzt die äußere ringförmige Scheibe ein längeres Profil, wobei sie Teile des Drosselkanals und des Ablasskanals bildet. Die 3–13 sind maßstabsgerecht gezeichnet, obwohl andere relative Abmessungen auf Wunsch verwendet werden können.
1 zeigt ein Beispiel einer Turbolader-Kraftmaschine mit einem AGR-System. Spezifisch ist eine Brennkraftmaschine 10, die mehrere Zylinder umfasst, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt ist, durch einen Controller 12 gesteuert. Die Kraftmaschine 10 enthält eine Verbrennungskammer 30 und die Zylinderwände 32, in denen ein Kolben 36 positioniert und mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Verbrennungskammer 30 steht über ein Einlassventil 52 und ein Auslassventil 54 mit einem Einlasskrümmer 44 bzw. einem Auslasskrümmer 48 in Verbindung. Es ist gezeigt, dass der Einlasskrümmer 44 außerdem eine Kraftstoffeinspritzdüse 68 aufweist, die an ihn gekoppelt ist, um Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite des Signals (FPW) vom Controller 12 zuzuführen.
Der Controller 12 ist als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, die Eingabe-/Ausgabeports 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 und einen herkömmlichen Datenbus enthält.
Der Controller 12 empfängt verschiedene Signale von an die Kraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren, einschließlich der, aber nicht eingeschränkt auf die Folgenden:
die Messungen des eingeleiteten Luftmassendurchflusses (MAF) von einem Luftmassendurchflusssensor 110, der an den Luftfilter gekoppelt ist; die Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (ECT) von einem Temperatursensor 112, der an eine Kühlhülse 114 gekoppelt ist; eine Messung des Krümmerdrucks (MAP) von einem Krümmerdrucksensor 115, der an den Einlasskrümmer 44 gekoppelt ist; und ein Profil-Zündungs-Ansprechsignal (PIP) von einem an die Kurbelwelle 40 gekoppelten Hall-Effekt-Sensor 118, das eine Kraftmaschinendrehzahl angibt.
In einer Konfiguration, die als Hochdruck-AGR bekannt ist, wird das Abgas durch ein AGR-Rohr 125, das mit dem Auslasskrümmer 48 in Verbindung steht, dem Einlasskrümmer 44 zugeführt. Eine AGR-Ventilanordnung 120 befindet sich in dem AGR-Rohr 125. Anders dargelegt, das Abgas bewegt sich von dem Auslasskrümmer 48 zuerst durch die Ventilanordnung 120 und dann zu dem Einlasskrümmer 44. Dann kann gesagt werden, dass sich die AGR-Ventilanordnung 120 stromaufwärts des Einlasskrümmers befindet. Es gibt außerdem einen optionalen AGR-Kühler 130, der in dem AGR-Rohr 125 angeordnet ist, um die AGR vor dem Eintreten in den Einlasskrümmer zu kühlen. Es kann eine Niederdruck-AGR verwendet werden, um das Abgas von einem Ort stromabwärts der Turbine 16 über ein Ventil 141 zu einem Ort stromaufwärts des Kompressors 14 zurückzuführen.
Der Drucksensor 115 stellt einen Messwert des Krümmerabsolutdrucks (MAP) dem Controller 12 bereit. Die AGR-Ventilanordnung 120 besitzt eine (nicht gezeigte) Ventilposition zum Steuern einer variablen Bereichsbegrenzung in dem AGR-Rohr 125, die dadurch die AGR-Strömung steuert. Die AGR-Ventilanordnung 120 kann entweder die AGR-Strömung durch das Rohr 125 minimal einschränken oder die AGR-Strömung durch das Rohr 125 vollständig einschränken oder arbeiten, um die AGR-Strömung variabel einzuschränken. An die AGR-Ventilanordnung 120 ist ein Unterdruckregler 124 gekoppelt. Der Unterdruckregler 124 empfängt vom Controller 12 ein Betätigungssignal 126 zum Steuern der Ventilposition der AGR-Ventilanordnung 120. In einer Ausführungsform ist die AGR-Ventilanordnung ein unterdruckbetätigtes Ventil. Es kann jedoch irgendein Typ des Strömungssteuerventils verwendet werden, wie z. B. ein durch ein elektrisches Solenoid angetriebenes Ventil oder ein mit einem Schrittmotor angetriebenes Ventil.
Der Turbolader 13 weist eine Turbine 16, die an den Auslasskrümmer 48 gekoppelt ist, und einen Kompressor 14, der über einen Zwischenkühler 132 an den Einlasskrümmer 44 gekoppelt ist, auf. Die Turbine 16 ist über eine Antriebswelle 15 an den Kompressor 14 gekoppelt. Von dem Kanal 140 tritt Luft auf Atmosphärendruck in den Kompressor 14 ein. Das Abgas von der Turbine 16 verlässt den Kanal 142. Es können verschiedene Turbolader-Anordnungen verwendet werden. Es kann z. B. ein Turbolader mit variablen Düsen (VNT) verwendet werden, wenn eine Düse mit variablem Bereich stromaufwärts und/oder stromabwärts der Turbine in der Auslassleitung angeordnet ist, um die effektive Ausdehnung der Gase durch die Turbine zu variieren. Es können noch weitere Herangehensweisen für das Variieren der Ausdehnung im Auslass verwendet werden, wie z. B. ein Ladedrucksteuerventil. 1 zeigt ein Beispielventil 20, das als ein Ladedrucksteuerventil wirkt. Wie oben angegeben worden ist, kann sich das Ventil innerhalb der Turbine befinden oder kann eine variable Düse sein.
2 zeigt eine Schnittansicht einer Beispielausführungsform des Turboladers 13. Die Turbine 16 setzt die Energie des Abgases in Rotationsenergie zum Drehen der Antriebswelle 15, die mit dem Pumpenrad 240 verbunden ist, um. Das Abgas vom Auslasskrümmer 48 tritt durch den Turbineneinlass 260 in das Turbinengehäuse 280 ein. Das Abgas strömt durch einen Spiralenkanal 282, wobei es sich durch den Turbinenauslass 265 ausdehnt, und aus dem Auslasskanal 142. Die Strömung des Abgases durch die Turbine 16 erzeugt eine Kraft auf eine Schaufel 270, die an eine Nabe 290 gekoppelt ist, was verursacht, dass sich die Schaufel 270, die Nabe 290 und die Antriebswelle 15 drehen. Für die Turbine 16 sind zwei Schaufeln 270a und 270b gezeigt, wobei aber ein Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass mehr Schaufeln in der Turbine 16 vorhanden sein können. Die Turbinenschaufel 270 enthält eine Einlasskante 270c, eine Auslasskante 270d, eine Nabenkante 270e und eine Gehäusekante 270f.
Der Kompressor 14 enthält ein Pumpenrad 240, einen Diffusor 230, eine Kompressorkammer 222, die paarweisen ringförmigen Scheiben 210 und ein Gehäuse 220. Die Drehung des Pumpenrads 240 zieht Gas durch den Kompressoreinlass 202 des Gehäuses 220 in den Kompressor 14. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Gas Luft vom Kanal 140, Abgas (wie z. B. wenn die AGR einer langen Schleife verwendet wird), gasförmigen Kraftstoff (wie z. B. wenn die Kanaleinspritzung des Kraftstoffs verwendet wird) und Kombinationen daraus enthalten. Das Gas strömt aus dem Kompressoreinlass 202 und wird durch das Pumpenrad 240 durch den Diffusor 230 in die Kompressorkammer 222 beschleunigt. Der Diffusor 230 und die Kompressorkammer 222 verzögern das Gas, was eine Zunahme des Drucks in der Kompressorkammer 222 verursacht. Das Gas unter Druck kann von der Kompressorkammer 222 zum Einlasskrümmer 44 strömen.
Die Elemente in dem Turbolader 13 können bezüglich der Richtung des Gasströmungswegs durch den Turbolader 13 beschrieben werden. Ein Element im Wesentlichen in der Richtung der Gasströmung bezüglich eines Bezugspunkts befindet sich stromabwärts von dem Bezugspunkt. Ein Element im Wesentlichen entgegengesetzt der Richtung der Gasströmung bezüglich eines Bezugspunkts befindet sich stromaufwärts von dem Bezugspunkt. Der Kompressoreinlass 202 befindet sich z. B. stromaufwärts vom Pumpenrad 240, das sich stromaufwärts vom Diffusor 230 befindet. Der Diffusor 230 befindet sich stromabwärts vom Pumpenrad 240, das sich stromabwärts vom Kompressoreinlass 202 befindet.
Das Pumpenrad 240 enthält eine Nabe 254, eine volle Schaufel 250 und eine Teilerschaufel 252. Die volle Schaufel 250 und die Teilerschaufel 252 sind an der Nabe 254 befestigt. Die Kante der vollen Schaufel 250, die sich am weitesten stromaufwärts im Kompressor 14 befindet, ist die Vorderkante der vollen Schaufel 250. Ähnlich enthält die Teilerschaufel 252 eine Vorderkante an dem am weitesten stromaufwärts befindlichen Abschnitt der Teilerschaufel 252. Die Vorderkante der vollen Schaufel 250 befindet sich stromaufwärts der Teilerschaufel 252. Das Pumpenrad 240 enthält eine Drehachse, die auf die Drehachse für die Antriebswelle 15 und die Turbinenabe 290 ausgerichtet ist. Die Drehachse ist zur Gasströmung am Kompressoreinlass im Wesentlichen parallel und zur Gasströmung am Diffusor im Wesentlichen senkrecht.
Das Gehäuse 220 enthält einen Kompressoreinlass 202 und einen Einlasskanal 204. Verschiedene Gehäusekomponenten können außerdem zum Ablasskanal 212 und zum Drosselkanal 214 beitragen. Das Pumpenrad 240 ist im Einlasskanal 204 enthalten. Ein Einlass des Ablasskanals 212 befindet sich stromabwärts der Vorderkante der vollen Schaufel 250 und stromaufwärts der Vorderkante der Teilerschaufel 252. Der Auslass des Drosselkanals 214 befindet sich stromabwärts der Vorderkante der Teilerschaufel 252. Der Ablasskanal 212 kann zum Kompressoreinlass 202 ständig offen sein. Der Drosselkanal kann sich mit dem Kompressoreinlass 202 in Fluidverbindung befinden, falls die Drosselschlitze innerhalb des Paars von ringförmigen Scheiben 210 ausgerichtet sind. Die Drosselschlitze und die ringförmigen Scheiben werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 3–13 ausführlicher beschrieben, die zwei Ausführungsformen eines Kompressorgehäuses gemäß der vorliegenden Offenbarung ausführlich beschreiben.
Eine erste Ausführungsform eines Kompressors für die Steuerung des Kompressordrosselns wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 3–7 beschrieben. 3 zeigt eine Explosionsansicht der Kompressorkomponenten, einschließlich der ringförmigen Scheiben der ersten Ausführungsform der Gehäusestrukturierung gemäß der vorliegenden Offenbarung. Es ist ein äußeres Gehäuse 220 gezeigt. Das äußere Gehäuse kann sowohl ein Auslassstück 219, das eine Kompressorkammer und den Kompressorauslass 402 enthalten kann, als auch zusätzliche innere Hohlräume und ein Einlassstück 221, das den Kompressoreinlass 202 umfassen kann, umfassen. Das äußere Gehäuse 220 des Kompressors kann als ein Beispiel Aluminiumdruckgusskomponenten umfassen. Das Auslassstück 219 und das Einlassstück 221 können um zusätzliche Komponenten darin miteinander verschraubt sein. Die Komponenten des Kompressors sind mit den oben erklärten relativen Positionen axial ausgerichtet.
In der vorliegenden Ausführungsform kann das Einlassstück 221 ein Befestigungsstück 403 aufweisen, das mit ihm verbunden ist. Das Befestigungsstück 403 kann konfiguriert sein, um einen Unterdruckaktuator 404 mit dem Kompressorgehäuse 220 zu verbinden.
Der Aktuator 404 kann ferner ein pneumatischer oder elektrischer Aktuator sein und kann durch den Kraftmaschinen-Controller 12 gesteuert sein. Der Aktuator 404 kann einen Verbindungsstab 406 umfassen, der geeignet ist, um die Bewegung des Aktuators 404 zum Drosselschlitz-Controller 408 des Aktuators umzusetzen. Der Aktuator kann in Reaktion auf die Turboladerbedingungen, einschließlich der Drehzahl und der Luftdurchflussmenge, durch den Kraftmaschinen-Controller 12 gesteuert sein oder kann durch Schätzungen der Bedingungen eines Turbolader-Kompressors basierend auf der Drehzahl und der Last der Kraftmaschine und der Drosselklappenposition als Beispiele gesteuert sein.
Wie in 3 dargestellt ist, umfasst der Drosselschlitz-Controller 408 einen Hebelarm 410, der mit dem Verbindungsstab 406 des Aktuators 404 in Wechselwirkung tritt. Ein Signal vom Kraftmaschinen-Controller 12 kann dazu führen, dass der Aktuator 404 den Verbindungsstab 406 bewegt. Die Bewegung kann durch den Hebelarm 410 umgesetzt werden, der wiederum den Aktuatorstift 412 veranlasst, sich zu drehen, was diese Drehung zur betätigbaren ringförmigen Scheibe 414 überträgt.
Die betätigbare ringförmige Scheibe 414 kann einen im Wesentlichen flachen kreisförmigen Ring umfassen. Das untere Profil des Rings ist so dimensioniert, dass es innerhalb des Einsetzabschnitts 421 der äußeren ringförmigen Scheibe 420 ruht. Die betätigbare ringförmige Scheibe 414 und die äußere ringförmige Scheibe 420 können sich in Flächenkontakt befinden. Die stromaufwärts befindliche Fläche der paarweisen konzentrischen Scheiben kann eine zusammenhängende Fläche mit einer Mittenöffnung bilden. Die Drehachse der betätigbaren Scheibe kann dieselbe wie die des (in 2 gezeigten) Pumpenrads 240 sein. Die betätigbare ringförmige Scheibe 414 kann ferner eine erhabene Drosselauswahleinrichtung 418 für den Zweck der Wechselwirkung mit dem Aktuatorstift 412 umfassen. Die Drehung des Aktuatorstifts 412 wird durch die Drosselauswahleinrichtung 418 in die Drehung oder Rotation der betätigbaren Scheibe 414 umgesetzt. Die Drosselschlitze 416 entlang dem Umfang der betätigbaren ringförmigen Scheibe 414 werden anschließend gedreht.
Die Drosselschlitze 416 der betätigbaren ringförmigen Scheibe 414 können in Ausrichtung auf die Drosselschlitze 422 der äußeren ringförmigen Scheibe 420 variieren. Die Drosselschlitze 422 der äußeren ringförmigen Scheibe 420 sind entlang dem Umfang des Einsetzabschnittes 421 angeordnet. Der erhabene Abschnitt 423 der äußeren ringförmigen Scheibe kann massiv, undurchlässig für eine Luftströmung und so dimensioniert sein, dass er die betätigbare ringförmige Scheibe enthält oder umgibt, und kann als ein Befestigungspunkt für die paarweisen ringförmigen Scheiben am äußeren Gehäuse 220 des Kompressors 14 dienen. Die äußere ringförmige Scheibe kann innerhalb des Kompressors stationär sein.
Beim Empfangen eines Signals vom Kraftmaschinen-Controller 12 kann der Aktuator 404 eine Bewegung erzeugen, die zur Drehung der betätigbaren ringförmigen Scheibe 414 führt. Das Drehen der betätigbaren ringförmigen Scheibe kann die Drosselschlitze 416 und die Drosselschlitze 422 der äußeren ringförmigen Scheibe 420 in Ausrichtung bringen. Die Ausrichtung des Rings der Drosselschlitze 416 und 422 kann kontinuierlich veränderlich sein, so dass sich die Überlappung in einem Spektrum von nicht überlappend (z. B. der Einlass zum Drosselkanal ist blockiert) bis vollständig überlappend (z. B. der Einlass zum Drosselkanal ist vollständig offen) variieren kann, um die Luftströmung durch das Paar von ringförmigen Scheiben zu variieren.
Die ringförmigen Scheiben können um den Rand des Innenraums des Kompressors stromabwärts des Einlasses 202, der den Oberlauf des Pumpenrads 240 (das in 3 für die Einfachheit der Zeichnung ohne die Schaufeln gezeigt ist) umgibt, positioniert sein. Das Kompressorgehäuse 220 kann konfiguriert sein, um die ringförmigen Scheiben unterzubringen, und kann Lufthohlräume, einschließlich des Drosselkanals 424, enthalten. Die Lufthohlräume, wie z. B. der Drosselkanal 424, innerhalb des äußeren Gehäuses 220 des Kompressors können so angeordnet sein, um eine Luftströmung durch einen Einlass zu empfangen, wenn die Drosselschlitze 416 und 422 wenigstens teilweise ausgerichtet sind.
In 4 ist ein Querschnitt des Kompressors 14 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Es ist zu sehen, dass die äußere ringförmige Scheibe 420 innerhalb des Kompressorgehäuses 220 in Position gehalten wird. Der erhabene Abschnitt der ringförmigen Scheibe 420 kann zwischen das Einlassstück 221 und das Auslassstück 219 des Gehäuses 220 geschraubt sein. Der Einsetzabschnitt 421 der äußeren ringförmigen Scheibe 420 kann die Drosselschlitze 422 enthalten und ist konfiguriert, um um die betätigbare ringförmige Scheibe 414 zu passen, so dass die betätigbare ringförmige Scheibe innerhalb des Einsetzabschnitts der äußeren ringförmigen Scheibe sitzt.
Der Hebelarm 410 des Drosselschlitz-Controllers 408 ist an die Drosselauswahleinrichtung 418 gekoppelt, um die Positionierung der betätigbaren ringförmigen Scheibe 414 zu steuern. Die Bewegung des Aktuators 404 kann in eine Drehbewegung der betätigbaren ringförmigen Scheibe 414 innerhalb der äußeren ringförmigen Scheibe 420 umgesetzt werden. Die Drehung der betätigbaren ringförmigen Scheibe 414 bezüglich der äußeren ringförmigen Scheibe 420 kann zu einer überlappenden Ausrichtung der Drosselschlitze 416 und 422 führen. Die Ausrichtung der Drosselschlitze kann teilweise sein, so dass ein Bruchteil der kreisförmigen Öffnungen überlappend ist, oder sie können vollständig ausgerichtet sein, so dass der Rand der Drosselschlitze 416 der betätigbaren ringförmigen Scheibe 414 vollständig auf die Drosselschlitze 422 der äußeren ringförmigen Scheibe 420 ausgerichtet ist. Auf diese Weise kann die Öffnung des darunter liegenden Drosselkanaleinlasses kontinuierlich zwischen vollständig offen und vollständig geschlossen variieren.
Wenn die Drosselschlitze 416 und 422 (die in 4 in einer teilweisen Überlappung gezeigt sind) ausgerichtet sind, können sie die Luftströmung in den Drosselkanal 424 ermöglichen. Der Drosselkanal 424 ist ein Raum, der aus dem Auslassstück 219 in dem Kompressorgehäuse 220 ausgebildet sein kann. Der Drosselkanal 424 kann in einer Höhe stromabwärts der Vorderkante der vollen Schaufeln und der Teilerschaufeln mit der Basis des Pumpenrads 240 in Fluidverbindung stehen. Die Öffnung des Drosselkanals zum Kompressoreinlass 202 kann es ermöglichen, dass eine Luftströmung in das Pumpenrad gezogen wird, und kann das Kompressordrosseln verhindern.
Außerdem ist ein Ablasskanal 512 gezeigt. Der Ablasskanal kann zu dem Kompressoreinlass 202 ständig offen sein und kann es unterstützen, das Kompressorpumpen zu verhindern, indem er es ermöglicht, dass der überschüssige Druck am Kompressorauslass weg von dem Pumpenrad zurückgeführt wird. Der Ablasskanal der vorliegenden Offenbarung kann konzentrisch und weiter zur Mitte des Kompressors 14 bezüglich des Drosselkanals 424 angeordnet sein. Eine stromaufwärts gelegene Öffnung 513 des Ablasskanals dient als ein Auslass für die Luft, die im Fall des Kompressorpumpens zum Kompressoreinlass 202 zurückgeführt wird.
In 5 ist ein Abschnitt des Auslassstücks 219 des Kompressorgehäuses gezeigt. Der Drosselkanal 424 kann am Rand des (nicht gezeigten) Pumpenrads gesehen werden. Am Auslassstück 219 des Kompressorgehäuses zur Außenseite des Drosselkanals 424 sind die Bolzenlöcher 602 sichtbar. Die Bolzenlöcher 602 können beim Verbinden des erhabenen Abschnitts 423 der äußeren ringförmigen Scheibe 420 mit dem Einlassstück 221 verwendet werden. Diese Anordnung des Paars von ringförmigen Scheiben dem Drosselkanal 424 direkt benachbart kann ein vergrößertes Luftvolumen bereitstellen, um die Drosselströmung zu verhindern, wenn die Drosselschlitze ausgerichtet sind.
In 6 kann sich ein Auslass 425 des Drosselkanals 424 auf einer Höhe des Pumpenrads befinden, so dass er sich stromabwärts der Vorderkante sowohl der vollen Schaufeln 250 als auch der Teilerschaufeln 252 befindet. Diese Höhe des Drosselkanalauslasses 425 bezüglich des Kompressoreinlasses 202 kann die Strömungskapazität des Kompressors wirksam erweitern. Wie ein Kompressor die Drosselströmung erreicht, kann ein Kraftmaschinen-Controller dem Aktuator 404 signalisieren, die betätigbare ringförmige Scheibe zu drehen, so dass sich die Drosselschlitze 416 und 422 überlappen, was es ermöglicht, dass eine Luftströmung sowohl durch die vollen Schaufeln als auch die Teilerschaufeln durch den freigelegten Drosselkanaleinlass 419 eingezogen wird. Das Freilegen des Drosselkanaleinlasses 419 zum Kompressoreinlass 202 kann in Wesentlichen Luft in den Kompressor stromabwärts sowohl der vollen Schaufeln 250 als auch der Teilerschaufeln 252 einspritzen (die Vorderkanten der jeweiligen Schaufeln sind durch gestrichelte Linien angegeben). Ein Einlass oder eine stromabwärts angeordnete Öffnung 515 in den Ablasskanal 512 befindet sich stromaufwärts der Vorderkante der Teilerschaufeln 252, aber stromabwärts der Vorderkante der vollen Schaufeln 250. Der Ort des Ablasskanals ist so, dass er es unterstützen kann, das Pumpen zu steuern.
Bezüglich 7 kann der Ablasskanal 512 in der Mitte des Drosselkanals 424 innerhalb des Auslassstücks 219 des Kompressorgehäuses befindlich gesehen werden. Der Ablasskanal 512 und der Drosselkanal 424 umfassen die Strukturstücke 514 bzw. 426. Die Strukturstücke können arbeiten, um die Innenwände des Auslassstücks 219 zusammenzuhalten, so dass sowohl der Ablasskanal 512 als auch der Drosselkanal 424 von der stromaufwärts gelegenen Seite des Auslassstücks 219 zu einem unteren Abschnitt im Inneren des Kompressorgehäuses verlaufen können, wo sich ein (nicht gezeigtes) Pumpenrad befinden würde.
In den 8–13 ist eine zweite Ausführungsform einer Gehäusestrukturierung gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Die zweite Ausführungsform verwendet ein Paar von ringförmigen Scheiben, wie oben bezüglich der in den 3–7 gezeigten ersten Ausführungsform beschrieben worden ist. Die Form, die Struktur, die relativen Abmessungen und die Anordnung der ringförmigen Scheiben und des größeren Kompressorgehäuses können jedoch variieren, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuschweifen. Ein Beispiel einer derartigen Variation wird unter Bezugnahme auf die 8–13 beschrieben.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kompressors 14 von einer Einlassseite. Der Kompressoreinlass 202 ist in einem Einlassstück 221 des Kompressorgehäuses 220 ausgebildet. Das Einlassstück 221 in der zweiten Ausführungsform enthält ein einteiliges Gehäuse 901 für einen Drosselschlitz-Controller 408. Wie oben bezüglich 3 beschrieben worden ist, kann ein Aktuator einen Drosselschlitz-Controller steuern, wobei der Aktuator ein Unterdruck-, pneumatischer oder elektrischer Aktuator sein kann. Der Hebelarm 410 kann mit einem derartigen (in 8 nicht gezeigten) Aktuator verbunden sein. Die Bewegung des Aktuators kann zu dem Hebelarm 410 umgesetzt werden, was einen Aktuatorstift 412 veranlasst, die betätigbare ringförmige Scheibe 902 bezüglich der äußeren ringförmigen Scheibe 906 zu drehen. Diese Drehung der betätigbaren ringförmigen Scheibe 902 kann zur Ausrichtung der Drosselschlitze 904 auf die Drosselschlitze der äußeren ringförmigen Scheibe 906 führen. Die Drosselschlitze 904 der vorliegenden Ausführungsform sind im Gegensatz zu den oben beschriebenen kreisförmigen Drosselschlitzen als geradlinig gezeigt. Es sollte erkannt werden, dass die Drosselschlitze irgendeine Konfiguration oder Form, einschließlich quadratisch, rechteckig, kreisförmig, ellipsoid oder anders annehmen können, solange wie sich die Drosselschlitze zwischen der betätigbaren ringförmigen Scheibe und der äußeren ringförmigen Scheibe überlappen können. Außerdem können die Drosselschlitze der zwei Scheiben in der Form oder in der Größe nicht völlig gleich sein.
Wie oben ist die betätigbare ringförmige Scheibe an ihrem Umfang durch die äußere ringförmige Scheibe 906 umgeben, die außerdem eine Grenzfläche zwischen dem Einlassstück 221 und dem Auslassstück 219 des Kompressorgehäuses bilden kann. In dieser Ausführungsform kann das Auslassstück des Kompressorgehäuses zwei miteinander verschraubte Stücke umfassen. Eine obere Komponente 225 ist an eine untere Komponente 223 geschraubt, um das Auslassstück 219 des Kompressorgehäuses zu bilden.
In 9 ist eine Ansicht der zweiten Ausführungsform der Kompressorgehäusestrukturierung vom gleichen Aussichtspunkt wie dem in 8 gezeigt, wobei jedoch in 9 das Einlassstück 221 und die obere Komponente 225 des Auslassstücks des Kompressorgehäuses entfernt worden sind. In dieser Ansicht kann der Drosselschlitz-Controller 408 gesehen werden.
Die äußere ringförmige Scheibe der vorliegenden Offenbarung umfasst eine stromaufwärts befindliche Wand sowohl eines Ablasskanals als auch eines Drosselkanals. Die äußere ringförmige Scheibe 906 umfasst an ihrem inneren Umfang einen Einsetzabschnitt 921 (der in 10 sichtbar ist), wobei dessen Rand so dimensioniert ist, um die betätigbare ringförmige Scheibe 902 darin unterzubringen. Der Einsetzabschnitt kann es ermöglichen, dass die betätigbare ringförmige Scheibe bündig mit dem erhabenen Abschnitt 423 innerhalb der äußeren ringförmigen Scheibe ruht. Ein Einlass für einen Ablasskanal befindet sich stromabwärts eines erhabenen Randes 905 der betätigbaren ringförmigen Scheibe 902 der vorliegenden Offenbarung. Der Ablasskanal und der Drosselkanal sind leicht sichtbar und werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 12 und 13 ausführlicher beschrieben.
In der Mitte der paarweisen ringförmigen Scheiben kann sich ein Pumpenrad 240 befinden. An der Grenzfläche der äußeren ringförmigen Scheibe 906 und der unteren Komponente 223 des Auslassstücks des Kompressorgehäuses kann sich ein Inneres Gehäuse 930 befinden. Das innere Gehäuse 930 kann innere Volumina, Rinnen oder Kanäle bilden, durch die die Luft in die unteren Abschnitte des Pumpenrads strömen kann, wenn die Drosselschlitze ausgerichtet sind. Durch das innere Gehäuse können ein Ablasskanal und ein Drosselkanal als konzentrische, zylinderförmige Kanäle ausgebildet sein, die axial um den Kompressor verlaufen. Das innere Gehäuse kann außerdem eine Grenzfläche zwischen dem äußeren Kompressorgehäuse 220 und den paarweisen ringförmigen Scheiben bilden, so dass sie auf eine gestapelte und im Wesentlichen luftdichte Weise zusammengefügt sein können. In einer anderen Ausführungsformen, z. B. der, die oben bezüglich der 3–7 beschrieben worden ist, kann das innere Gehäuse mit dem Auslassstück 219 des Kompressorgehäuses 220 einteilig sein, so dass sie eine einzige Komponente sind.
In 10 ist die äußere ringförmige Scheibe gezeigt. Die äußere ringförmige Scheibe der vorliegenden Offenbarung umfasst einen erhabenen Abschnitt 923 entlang dem Umfang der Fläche am Nächsten an dem Kompressoreinlass 202. Der erhabene Abschnitt 923 kann Bolzenlöcher 932 umfassen, um die äußere ringförmige Scheibe 906 zwischen dem Einlassstück 221 und der oberen Komponente 225 des Auslassstücks 219 zu befestigen.
Die äußere ringförmige Scheibe kann ferner einen Einsetzabschnitt 921 umfassen. Der Umfang des Einsetzabschnitts kann so dimensioniert sein, dass die betätigbare ringförmige Scheibe 902 innerhalb des Einsetzabschnitts 921 ruhen kann. Der Einsetzabschnitt 921 kann ferner die Drosselschlitze 922 umfassen. Die Drosselschlitze 922 der äußeren ringförmigen Scheibe 906 können in Abhängigkeit von der Position des (in 11 gezeigten) Aktuatorstifts 412 auf die Drosselschlitze 904 der betätigbaren ringförmigen Scheibe 902 ausgerichtet sein oder können versetzt sein.
Die äußere ringförmige Scheibe 906 der vorliegenden Ausführungsform kann ferner einen Ablasskanal 934 umfassen. Der Ablasskanal 934 kann eine Innenwand 936 umfassen, die sich zentral von dem Einsetzabschnitt 921 erstreckt. Die Innenwand 936 kann durch die Strukturstücke 937 weg von dem Ablasskanal 934 gehalten sein, so dass der Ablasskanal 934 eine Öffnung 935 stromaufwärts in den Kompressoreinlass 202 umfassen kann. Die stromaufwärts gelegene Öffnung 935 des Ablasskanals kann als ein Auslass dienen, damit die Luft in dem Fall des Pumpens weg von dem Pumpenrad 240 in den Kompressoreinlass 202 zurückgeführt wird. Der Ablasskanal 934 verläuft stromabwärts des Kompressors in einer Orientierung, die im Folgenden bezüglich 12 ausführlicher beschrieben wird, zu der Basis des Pumpenrads 240. Die stromaufwärts gelegene Öffnung des Ablasskanals kann als der Auslass des Ablasskanals dienen, da dieser Kanal während des Pumpens arbeitet, um die Rückführung der Luft weg vom Oberteil des Pumpenrads 240 zu ermöglichen.
Die äußere ringförmige Scheibe 906 der vorliegenden Ausführungsform kann eine größere Ausdehnung der Innenwände einer Kompressorgehäusestrukturierung der vorliegenden Offenbarung als die in den 3–7 gezeigte erste Ausführungsform umfassen. Die größere Tiefe der äußeren ringförmigen Scheibe 906, die teilweise durch den Flansch 924 bereitgestellt ist, kann die Integration dieser verschiedenen Komponenten in die äußere ringförmige Scheibe ermöglichen. Es sollte jedoch erkannt werden, dass eine flachere ringförmige Scheibe, wie sie z. B. bei 420 in 4 gezeigt ist, analog zu dem Ablasskanal und dem inneren Gehäuse mit einem äußeren Kompressorgehäuse gekoppelt sein kann, das die Innenwände umfasst, um die Ziele der vorliegenden Offenbarung zu erreichen.
In 11 ist die betätigbare ringförmige Scheibe 902 mit dem Drosselschlitz-Controller 408 gezeigt. Die betätigbare ringförmige Scheibe 902 kann konfiguriert sein, um innerhalb des Einsetzabschnitts 921 der äußeren ringförmigen Scheibe 906 zu ruhen. Ein Drehungsbegrenzer 938 kann sich über den im Wesentlichen kreisförmigen Umfang der betätigbaren ringförmigen Scheibe 902 erstrecken. Der Drehungsbegrenzer 903 ist konfiguriert, um in die Grenzen eines gerillten Drehschlitzes 907 innerhalb des erhabenen Abschnitts 923 der (in 9 gezeigten) äußeren ringförmigen Scheibe 906 zu passen. Der Drehungsbegrenzer kann sich innerhalb des Drehschlitzes bis zu dem Ausmaß bewegen, das durch die Größe des Drehschlitzes ermöglicht ist. Dieser gerillte Abschnitt stellt einen Anschlag bereit, so dass sich die betätigbare ringförmige Scheibe nicht über die Grenzen der Steuerung durch den Drosselschlitz-Controller 408 drehen kann. Die Länge des Drehungsbegrenzers kann durch die Größe, die Form und den Abstand der Drosselschlitze entlang der betätigbaren ringförmigen Scheibe und der äußeren ringförmigen Scheibe bestimmt sein.
Die betätigbare ringförmige Scheibe 902 umfasst entlang ihrem inneren Umfang einen erhabenen inneren Rand 905. Der erhabene innere Rand kann von dem äußeren Umfang der betätigbaren ringförmigen Scheibe in einer Richtung zum Kompressoreinlass 202 erhöht sein und kann dazu dienen, sich über die Wand 936 des Ablasskanals zu erstrecken, ohne den Luftaustritt aus dem Ablasskanal 934 zu blockieren. Die Orientierung des erhabenen inneren Randes 905 zum Ablasskanal 934 ist in 13 leichter zu sehen.
Die betätigbare ringförmige Scheibe 902 kann die Drosselschlitze 904 umfassen. Die Drosselschlitze 904 der betätigbaren ringförmigen Scheibe 902 können in Abhängigkeit von der Drehung der Scheibe durch den Aktuatorstift 412 auf die Drosselschlitze 922 der äußeren ringförmigen Scheibe 906 ausgerichtet sein. Der Aktuatorstift 412 kann an der Basis des Drosselschlitz-Controllers 408 gesehen werden. Der Stift kann an seiner Basis eine abgerundete Kugel aufweisen, die innerhalb der gerillten Drosselauswahleinrichtung 918 ruht, die in der betätigbaren ringförmigen Scheibe ausgebildet ist. Die Bewegung der Aktuatorgrenzfläche verursacht eine Drehung des Aktuatorstifts, so dass die Basis gegen die erhabenen Seitenwände der Drosselauswahleinrichtung 918 schiebt. Die Kraft auf die Drosselauswahleinrichtung 918 kann zu einer Drehung der betätigbaren ringförmigen Scheibe 902 innerhalb des Einsetzabschnitts der äußeren ringförmigen Scheibe führen, was verursacht, dass sich die Drossellöcher ausrichten oder falsch ausrichten.
In 12 ist ein Querschnitt in einer perspektivischen Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Kompressorgehäusestrukturierung gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Die ringförmigen Scheiben können zwischen einem Einlassstück 221 und einem Auslassstück 219 positioniert sein. Die äußere ringförmige Scheibe 906 passt um den Rand der betätigbaren ringförmigen Scheibe 902. In 12 sind die Drosselschlitze 904 der betätigbaren ringförmigen Scheibe auf die Drosselschlitze 922 der äußeren ringförmigen Scheibe 906 ausgerichtet.
Wenn die Drosselschlitze ausgerichtet sind, ermöglichen sie Luft vom Kompressoreinlass 202 in den Drosselkanaleinlass 919. Der Drosselkanalauslass 944 kann unten durch das innere Gehäuse 930 und an seiner stromaufwärts gelegenen Kante durch die äußere ringförmige Scheibe 906 ausgebildet sein. Der Drosselkanal ist so angeordnet, dass, wenn die Drosselschlitze ausgerichtet sind, Luft in einer Höhe stromabwärts der Vorderkante der Teilerschaufeln 252 und der vollen Schaufeln 250 in das Pumpenrad 240 gezogen werden kann. Der Drosselkanal kann als eine Funktion der Anordnung des Aktuatorstifts 412 geöffnet oder geschlossen werden. Der Drosselkanal kann geöffnet sein, falls sich der Kompressor unter den oder in der Nähe der Drosselbedingungen befindet.
Umgekehrt kann der Ablasskanal 934 ständig zum Kompressoreinlass 202 offen sein und kann funktionieren, um das Pumpen zu verhindern. Der Ablasskanaleinlass 942 ist in einer Höhe stromabwärts der Vorderkante der vollen Schaufeln 250 des Pumpenrads 240, aber stromaufwärts der Vorderkante der Teilerschaufeln 252 angeordnet. Die Innenwand 936 des Ablasskanals 934 ist als der innerste Abschnitt der äußeren ringförmigen Scheibe 906 ausgebildet. Die stromaufwärts gelegene Kante der Innenwand 936 am nächsten am Kompressoreinlass 202 ist von dem erhabenen Rand 905 der betätigbaren ringförmigen Scheibe 902 stromabwärts versetzt, so dass ein Raum bereitgestellt werden kann, wo der Ablasskanal zum Kompressoreinlass 202 offen ist.
Die äußere ringförmige Scheibe 906 ist an einer Verbindung zwischen dem Einlassstück 221 und der oberen Komponente 225 des Auslassstücks 219 in Position gehalten. Der Flansch 924, der sich zu der Basis des Kompressors erstreckt, kann eine Wand des Drosselkanals bilden und kann außerdem eine Grenzfläche oder Strukturkomponente bereitstellen, mit der das innere Gehäuse 930 verbunden sein kann. In anderen Ausführungsformen einer Kompressorgehäusestrukturierung der vorliegenden Offenbarung können das innere Gehäuse 930 und der Flansch 924 in das Auslassstück 219 integriert sein. Ein Beispiel der unterschiedlichen Orientierung der inneren Komponenten des Kompressors ist oben bezüglich der 3–7 beschrieben worden.
In 13 sind die gleichen Komponenten wie in 12 gezeigt, aber in einer Querschnittsansicht. Die relative Ausrichtung der Komponenten entlang der horizontalen Achse nach 13 kann in dieser Ansicht sichtbar sein. Der erhabene Rand 905 kann sich näher am Kompressoreinlass 202 als die Basis der betätigbaren ringförmigen Scheibe 902 befinden. Dieser erhabene Rand 905 kann von der Innenwand 936 beabstandet sein, so dass an der stromaufwärts gelegenen Öffnung des Ablasskanals 934 eine Lücke gesehen wird, die für die Luftströmung vom Kompressoreinlass 202 ständig offen ist. Außerdem kann die relative Ausrichtung des Ablasskanaleinlasses 942 entfernter vom Kompressoreinlass 202 als die Vorderkante der vollen Schaufeln 250 sein. Der Drosselkanalauslass 944 ist noch entfernter vom Kompressoreinlass 202. Der Drosselkanalauslass 944 ist näher als die Vorderkanten der vollen Schaufeln 250 und der Teilerschaufeln 252 an der Basis des Kompressors angeordnet. Aufgrund der Richtung der Luftströmung durch die zwei Räume unter den Pump- bzw. Drosselbedingungen ist der Ablasskanaleinlass die stromabwärts gelegene Öffnung des Ablasskanals, wohingegen der Drosselkanalauslass die stromabwärts gelegene Öffnung des Drosselkanals ist.
Es sind Variationen an der Form und der Betätigung der ringförmigen Scheiben und der anderen Kompressorkomponenten der vorliegenden Offenbarung möglich, ohne von der Absicht der Offenbarung abzuschweifen. Wie durch die erste und die zweite Beispielausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht ist, können sich die Integration und die Form der Komponenten unterscheiden. Änderungen der Größe und der Form der Komponenten, der Baumaterialien, der Steuersignalisierung usw. können im Umfang der vorliegenden Offenbarung enthalten sein.
Außerdem ist eine Optimierung der beschriebenen Gehäusestrukturierungen möglich, da eine aktive Gehäusestrukturierung verwendet werden kann, um den Betriebsbereich eines Turboladers zu erweitern. Die Strömung der Gase und folglich der Betriebsbereich eines Turboladers können jedoch nicht von der Geometrie und den aerodynamischen Eigenschaften der anderen Elemente in dem Turbolader, wie z. B. den Pumpenradschaufeln und den Turbinenschaufeln, unabhängig sein. Deshalb kann das Kombinieren einer aktiven Gehäusestrukturierung mit aerodynamischen Kompressor- und Turbinenkomponenten den Betriebsbereich des Turboladers weiter erweitern. Eine Computersimulation der Fluiddynamik (CFD-Simulation) kann verwendet werden, um die Wirkung der Geometrien der Kompressorschaufel und der Turbinenschaufel, der Orte und der Größen des Ablasskanals und des Einspritzkanals usw. auf die Strömung der Gase durch den Turbolader zu simulieren. Eine CFD-Simulation kann außerdem den Wechselbeziehungen zwischen jedem der Elemente in dem Turbolader Rechnung tragen. Durch das Variieren der Geometrie der Elemente in dem Turbolader und das Simulieren der Wirkungen auf die Strömung der Gase kann der Betriebsbereich des Turboladers erweitert werden. Die CFD-Simulations-Software ist kommerziell verfügbar und kann z. B. von ANSYS, Inc., Canonsburg, PA, oder NUMECA International, Brüssel, Belgien, erworben werden.
Das System der vorliegenden Offenbarung ermöglichen das kontinuierliche Freilegen einer stromaufwärts gelegenen Öffnung eines inneren Ablasskanals zu einem Kompressoreinlass, während ein Einlass in einen Drosselkanal zum Kompressoreinlass intermittierend freigelegt wird. In einem Beispiel kann das Freilegen des Drosselns intermittierend sein, wobei der Einlass während einiger Betriebsbedingungen der Kraftmaschine nicht freigelegt (z. B. blockiert) ist und während anderer Betriebsbedingungen der Kraftmaschine (teilweise und/oder vollständig) freigelegt (und folglich nicht blockiert) ist. Das selektive Freilegen der stromaufwärts gelegenen Öffnung oder des stromaufwärts gelegenen Einlasses des Drosselkanals zum Kompressoreinlass kann durch die Drehung der betätigbaren ringförmigen Scheibe bezüglich der äußeren ringförmigen Scheibe unter der Steuerung der Kraftmaschinensteuerung 12 erreicht werden. Die Ausrichtung der Drosselschlitze in den zwei ringförmigen Scheiben kann sich sowohl von nicht ausgerichtet bis vollständig ausgerichtet als auch in verschiedenen Graden dazwischen ändern, so dass die Luftströmung in den Drosselkanaleinlass variieren kann. Diese Veränderlichkeit der Luftströmung kann an unterschiedlichen Kompressorströmungs-Schwellenwerten ausgenutzt werden, so dass der Drosselkanaleinlass weiter freigelegt werden kann, wie sich die Kompressorströmung zunehmend dem Drosseln nähert. Das Freilegen zum Einlass in den Drosselkanal kann z. B. proportional zu einer Strömung über einem Kompressorströmungs-Schwellenwert zunehmen, so dass die Drosselschlitze bei höheren Kompressorströmungen zunehmend ausgerichtet sind.
Es werden Systeme für einen Turbolader-Kompressor offenbart, wobei das System Folgendes umfasst: eine betätigbare ringförmige Scheibe, die Drosselschlitze darin umfasst; eine äußere ringförmige Scheibe, die Drosselschlitze darin umfasst; und einen Aktuator, um die betätigbare ringförmige Scheibe bezüglich der äußeren ringförmigen Scheibe zu drehen, um die Ausrichtung der Drosselschlitze der betätigbaren ringförmigen Scheibe und der äußeren ringförmigen Scheibe zu variieren. Der Aktuator kann durch einen Kraftmaschinen-Controller in Reaktion auf die Betriebsbedingungen des Kompressors gesteuert sein und betätigt werden, um die Drosselschlitze auszurichten. Die Ausrichtung der Drosselschlitze ermöglicht, dass Luft in das Pumpenrad gezogen wird, wobei die Strömungskapazität des Kompressors effektiv erweitert wird, um das Kompressordrosseln zu verhindern.
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

System für einen Turbolader-Kompressor, das Folgendes umfasst: eine betätigbare ringförmige Scheibe, in der Drosselschlitze vorgesehen sind; eine äußere ringförmige Scheibe, in der Drosselschlitze vorgesehen sind; und einen Aktuator, um die betätigbare ringförmige Scheibe bezüglich der äußeren ringförmigen Scheibe zu drehen, um die Ausrichtung der Drosselschlitze der betätigbaren ringförmigen Scheibe und der äußeren ringförmigen Scheibe zu variieren.
System nach Anspruch 1, wobei jeder der Drosselschlitze benachbart zu einem Einlass eines Drosselkanals positioniert ist, wobei der Drosselkanal zu einem Kompressoreinlass freiliegt, wenn die Drosselschlitze ausgerichtet sind, wobei ein Auslass des Drosselkanals mit einem Pumpenrad in einer Position stromabwärts einer Vorderkante der Teilerschaufeln und einer Vorderkante der vollen Schaufeln des Pumpenrads in Fluidverbindung steht.
System nach Anspruch 2, das ferner einen Ablasskanal umfasst, dessen Auslass ständig zum Kompressoreinlass offen ist und dessen Einlass mit einem Pumpenrad stromaufwärts der Vorderkante der Teilerschaufeln und stromabwärts der Vorderkante der vollen Schaufeln in Fluidverbindung steht.
System nach Anspruch 3, wobei der Ablasskanal axial innerhalb des Drosselkanals positioniert ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Aktuator ein Unterdruckaktuator ist.
System nach Anspruch 1, das ferner einen Kraftmaschinen-Controller umfasst, in dem Anweisungen gespeichert sind, um den Aktuator basierend auf den Betriebsbedingungen des Turbolader-Kompressors zu steuern.
System nach Anspruch 1, wobei die äußere ringförmige Scheibe einen Einsetzabschnitt an ihrem inneren Umfang umfasst, wobei ein Rand des Einsetzabschnitts auf einen äußeren Umfang der darin positionierten betätigbaren ringförmigen Scheibe ausgerichtet ist.
System nach Anspruch 7, wobei die äußere ringförmige Scheibe an ihrem inneren Umfang beabstandet von dem Einsetzabschnitt eine Ablasskanal-Innenwand umfasst.
System nach Anspruch 7, wobei die betätigbare ringförmige Scheibe einen erhabenen Rand umfasst, der sich über die Ablasskanal-Innenwand erstreckt, so dass eine stromaufwärts gelegene Öffnung des Ablasskanals zum Kompressoreinlass freiliegt.
System nach Anspruch 1, wobei der Drosselkanal und der Ablasskanal konzentrische, ringförmige Kanäle in dem Kompressor umfassen.
System nach Anspruch 1, wobei die Drehung der betätigbaren ringförmigen Scheibe bezüglich der äußeren ringförmigen Scheibe durch einen Drehbegrenzer innerhalb eines Drehschlitzes in der äußeren ringförmigen Scheibe begrenzt ist.
System für einen Turbolader-Kompressor, das Folgendes umfasst: ein Einlassstück eines Kompressorgehäuses; ein Auslassstück des Kompressorgehäuses; eine äußere ringförmige Scheibe zwischen dem Einlassstück und dem Auslassstück, wobei die äußere ringförmige Scheibe einen Einsetzabschnitt umfasst, der dimensioniert ist, um an eine betätigbare ringförmige Scheibe zu passen, wobei sowohl die äußere ringförmige Scheibe als auch die betätigbare Scheibe Drosselschlitze um ihre jeweiligen Umfänge umfassen; ein Pumpenrad, das innerhalb des Auslassstücks stromabwärts von der äußeren ringförmigen Scheibe positioniert ist; einen Aktuator, um die betätigbare ringförmige Scheibe bezüglich der äußeren ringförmigen Scheibe zu drehen, um die Ausrichtung der Drosselschlitze darin zu variieren; einen Einlass in einen Drosselkanal, der zu einem Einlass des Kompressors freiliegt, wenn die Drosselschlitze ausgerichtet sind, wobei der Drosselkanal einen Auslass aufweist, der in einer Position stromabwärts einer Vorderkante der Teilerschaufeln und einer Vorderkante der vollen Schaufeln mit dem Pumpenrad in Fluidverbindung steht; und einen Ablasskanal, der zum Einlass des Kompressors freiliegt, wobei der Ablasskanaleinlass in einer Position stromabwärts der Vorderkante der vollen Schaufeln und stromaufwärts der Vorderkante der Teilerschaufeln mit dem Pumpenrad in Fluidverbindung steht.
System nach Anspruch 12, das ferner ein inneres Gehäuse umfasst, das innerhalb des Auslassstücks enthalten ist und eine stromabwärts angeordnete Kante des Auslasses des Drosselkanals bildet.
System nach Anspruch 12, wobei die äußere ringförmige Scheibe ferner einen Flansch umfasst, der sich zur Basis des Pumpenrads erstreckt und eine Grenzfläche mit dem inneren Gehäuse bildet.
System nach Anspruch 12, wobei die Drosselschlitze auf eine kontinuierliche variable Weise ausgerichtet werden.