DE60015139T2

DE60015139T2 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE60015139T2
Application number: DE60015139T
Authority: DE
Inventors: Brian Horner
Original assignee: Honeywell UK Ltd
Current assignee: Honeywell UK Ltd
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2020-07-29
Also published as: CN1372620A; WO2001009517A1; CN1268850C; DE1200741T1; AU6299500A; ATE280329T1; EP1200741B1; US6648594B1; GB9918072D0; EP1200741A1; DE60015139D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Turbolader für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für einen drehzahlgeregelten Motor.
Bei Turboladern für drehzahlgeregelte Motoren wird vorzugsweise ein relativ breiter Verdichter verwendet, da dadurch eine maximale Steuerung erreicht wird. Die thermodynamische Leistung eines Turboladers wird jedoch im Allgemeinen durch eine vergrößerte Verdichterbreite beeinträchtigt, und zwar insbesondere, wenn der Turbinenstrom durch eine Umgehung oder eine Vorrichtung mit variabler Geometrie gesteuert wird. Derzeit wird dieses Problem durch Zurückschneiden der Vorderkante abwechselnder Verdichterschaufeln angegangen, um dadurch die Einlassdrosselung zu verringern und somit das maximale Strömungspotential zu erhöhen. Die Stabilität eines solchen Turboladers bei geringen Durchflüssen ist jedoch schlecht und die Gesamtleistung vermindert.
Die US 9930978 offenbart einen Turbolader mit einer Verdichterstufe mit zwei oder mehr Lüftungen, die eine Ausströmung unter Pumpbedingungen und eine Zuströmung unter Sperrbedingungen gestatten.
Die DE 879280 beschreibt ein Axialgebläse oder eine Axialpumpe, die Ausströmöffnungen in der Gehäusewand verwenden, um ein als „Pumpen" bekanntes Phänomen zu steuern, und den Grad steuern, zu dem die Ausströmöffnungen durch Verwendung von Schiebeplatten geschlossen werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Turbolader für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei der Turbolader Folgendes umfasst: einen Lufteinlass, ein Verdichtergehäuse, mehrere Umgehungskanäle mit einem führenden Kanal und mindestens einem nachfolgenden Kanal bezüglich des Luftstroms, die im Verdichtergehäuse ausgebildet sind und eine Abkürzung für Luft aus dem Lufteinlass durch das Gehäuse bereitstellen, gekennzeichnet durch Mittel zur Steuerung des Luftstroms durch die Umgehungskanäle, so dass der führende Kanal zuerst und der oder jeder nachfolgende Kanal in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors nacheinander geöffnet werden kann.
Vorzugsweise weist das Mittel zur Steuerung des Luftstroms durch die Umgehungskanäle eine bewegliche Hülse mit einem Muster von Öffnungen, zum Beispiel Schlitzen, auf. Das Muster von Schlitzen entspricht vorzugsweise dem Muster von Kanälen im Gehäuse, und die Hülse wird dazu verwendet, die Kanäle in Abhängigkeit von der Ausrichtung der Kanäle und Öffnungen gezielt vollständig, teilweise oder gar nicht abzudecken.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Hülse in Axialrichtung beweglich, um die Öffnung der Kanäle zu steuern.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist die Hülse in einer Drehbewegung verschiebbar, um die Steuerung des Luftstroms durch die Kanäle zu bewirken.
Die Kanäle können in einem kreisförmigen Muster oder in einem axialen Muster ausgebildet sein, und vorzugsweise sind die Schlitze in der Hülse dementsprechend.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und zur Veranschaulichung, wie diese durchgeführt werden kann, wird im Folgenden beispielhaft auf die einzige Figur der beigefügten Zeichnung Bezug genommen, die eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Verdichters für einen Turbolader gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Figur zeigt das Lufteinlasssystem eines Turboladerverdichters und umfasst einen Hauptlufteinlass 8 und ein Verdichtergehäuse 2, das einen zusätzlichen Lufteinlasskanal 3 durch eine Gehäuseverkleidungslinie 4 zu einem Rad 7 trennt. In der Wand des Verdichtergehäuses 2 befinden sich zwei Umgehungskanäle 1. Die Anzahl von Kanälen und ihre Positionierung entlang der Verkleidungslinie kann variiert werden; in der Figur sind der Einfachheit halber nur zwei gezeigt. Die Kanäle 1 gestatten einen Luftstrom von dem Lufteinlasskanal 3 zur Gehäuseverkleidungslinie 4. Der Strom wird durch eine Ventilhülse 5 mit darin ausgebildeten Ventilöffnungen 6 gesteuert. Die Hülse 5 deckt die Kanäle gezielt ab und verhindert nach Bedarf einen Luftstrom durch sie. Die Ventilhülse 5 ist so angeordnet, dass sie derart gleiten oder sich drehen kann, dass eine größere Fläche der Kanäle 1 allmählich freigelegt werden kann, wodurch Luft durch das Verdichtergehäuse 2 und in das Rad 7 oder von dem Rad 7 wieder zurück in das Gehäuse 2 in den Einlass 3 gelangen kann, je nachdem, wie es die Betriebsbedingungen erfordern. Bei geringen Motordrehzahlen wird, wenn ein geringer Verdichterstrom erforderlich ist, Luft durch die Kanalanordnung rezirkuliert, um Strömungsstabilität zu verbessern (Verringerung von Verdichterpumpen), und bei hohen Motordrehzahlen, wenn ein starker Verdichterstrom erforderlich ist, tritt zusätzliche Luft durch die Kanäle in das Rad ein. Die Hülsenposition kann auf eine für den Fachmann offensichtliche Weise elektronisch gesteuert werden. Dazu kann auf geeignete Weise ein Bord-Mikroprozessor ausgeführt sein.
Auf diese Weise wird die Strömung durch mehrere Umgehungskanäle zur Abstimmung auf Betriebsbedingungen des Motors gesteuert.
Die Kanäle 1 können so angeordnet sein, dass die führenden Kanäle zuerst geöffnet und die nachfolgenden Kanäle anschließend freigelegt werden, wenn die Ventilhülse 5 gleitet oder sich dreht. Luft in Abhängigkeit von der Anordnung der Kanäle und dem Ausmaß, in dem sie durch die Hülse 5 freigelegt werden, tritt an verschiedenen Stellen des Rads 7 in dieses ein.
Der vordere Kanal, das heißt der rechte in der Darstellung der Figur, neigt dazu, bei geringen Durchflüssen bedeutend zu sein und den Pumpengrenzabstand zu beeinflussen. Der hintere Kanal (das heißt der linke in der Darstellung der Figur) neigt dazu, bei großen Durchflüssen bedeutend zu sein und den Sperrdruck zu beeinflussen.
Die gezeigte Ventilhülse 5 gleitet in Axialrichtung zum Öffnen und Schließen der Kanäle 1 über die Ventilöffnungen 6. Es wäre jedoch ebenfalls eine Drehbewegung geeignet.
Die Kanäle 1 können mit allgemein kreisförmigen oder länglichen Öffnungen ausgebildet sein, oder es kann sich dabei um Vollumfangsöffnungen handeln (das heißt, sie erstrecken sich im Wesentlichen vollständig um die Ventilhülse herum), wobei es dann natürlich erforderlich ist, zusätzliche Stützen vorzusehen. Die Ventilhülse 5 kann in Axialrichtung mit Schlitzen versehen sein, um einen Eingriff mit solchen Schlitzen herzustellen und zum Öffnen und Schließen der Umgehungskanäle 1 zu gleiten.
Bei einer Ausführungsform erstrecken sich die Kanäle 1 nur über einen Teil des Umfangs, zum Beispiel über einen Teil von 45 Grad jedes Umfangsviertels. Das Muster der Ventilöffnungen 6 auf der Hülse 5 ist so angeordnet, dass es auf das Muster der Kanäle 1 im Verdichtergehäuse 2 abgestimmt ist. Somit würden in diesem Beispiel die Ventilöffnungen 6 auch an jeder axialen Position vier gleichmäßig beabstandete Schlitze umfassen, die sich jeweils über 45 Grad des Umfangs erstrecken. Die Winkel sind vorzugsweise so modifiziert, dass sie mit der Anzahl der Kanäle übereinstimmen und ein allmähliches Öffnen der verschiedenen Kanäle ermöglichen.
Die Kanäle 1 im Verdichtergehäuse 2 können senkrecht zur Achse des Verdichtergehäuses 2 verlaufen oder einen spitzen Winkel, das heißt kleiner als 90°, zur Achse bilden.

Claims

Turbolader für Verbrennungsmotor, wobei der Turbolader Folgendes umfasst: einen Lufteinlass (8), ein Verdichtergehäuse (2), mehrere Umgehungskanäle (1) mit einem führenden Kanal und mindestens einem nachfolgenden Kanal bezüglich des Luftstroms, die im Verdichtergehäuse (2) ausgebildet sind und eine Abkürzung für Luft aus dem Lufteinlass (8) durch das Gehäuse (2) bereitstellen, gekennzeichnet durch Mittel (5) zur Steuerung des Luftstroms durch die Umgehungskanäle (1), so dass der führende Kanal zuerst und der oder jeder nachfolgende Kanal in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors nacheinander geöffnet werden kann.
Turbolader nach Anspruch 1, bei dem das Mittel zur Steuerung des Luftstroms durch die Umgehungskanäle (1) eine bewegliche Hülse (5) mit einem Muster von Öffnungen (6) aufweist.
Turbolader nach Anspruch 2, bei dem das Muster von Öffnungen (6) in der Hülse (5) dem Muster von Kanälen (1) im Gehäuse (2) entspricht.
Turbolader nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Hülse (5) in Axialrichtung beweglich ist, um den Luftstrom durch die Kanäle (1) zu steuern.
Turbolader nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Hülse (5) in einer Drehbewegung verschiebbar ist, um die Steuerung des Luftstroms durch die Kanäle (1) zu bewirken.
Turbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kanäle (1) in einem kreisförmigen Muster ausgebildet sind.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Kanäle (1) in einem axialen Muster ausgebildet sind.
Turbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Luftstromsteuermittel (5) unter Steuerung eines Mikroprozessors elektronisch betrieben wird, um auf die Betriebsbedingungen des Motors abgestimmt zu sein.
Turbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kanäle (1) mit allgemein kreisförmigen Öffnungen ausgebildet sind.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Kanäle (1) mit allgemein länglichen Öffnungen ausgebildet sind.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Kanäle (1) um den Umfang verlaufen.
Turbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kanäle (1) einen spitzen Winkel zur Achse des Verdichtergehäuses (2) bilden.