WO2009095097A1 - Turbolader mit einem verdichter, welcher zwei luftkanäle aufweist, zum regeln einer zapfluft und zum abblasen einer schubumluft - Google Patents

Turbolader mit einem verdichter, welcher zwei luftkanäle aufweist, zum regeln einer zapfluft und zum abblasen einer schubumluft Download PDF

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compressor
air duct
turbocharger according
turbocharger
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Roland Herfurth
Andre Kaufmann
Achim Koch
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Continental Automotive Gmbh
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Turbocharger with a compressor which has two air ducts, for controlling a bleed air and for blowing off a bleed air
  • the invention relates to a turbocharger with a compressor, which has two air ducts for controlling a bleed air and for blowing off a bleed air.
  • the bleed air here serves, in particular, for generating a pre-whirl in front of the compressor of the turbocharger in order to reduce or substantially prevent the occurrence of a pumping of the compressor.
  • the pumping limit is shifted towards smaller mass flows.
  • the compressor of an exhaust gas turbocharger is characterized by a characteristic map in which a clearly assigned pressure can be generated at certain turbocharger speeds and mass flows. This map is limited at high mass flows by the so-called. Stopf limit. At low mass flows, the map is limited by the surge line. This so-called surge limit occurs due to a stall at the compressor wheel inlet or at the compressor wheel outlet or both.
  • DE 10 2007 051 844 describes how, by means of the bleed air, the surge limit can be further shifted toward smaller air mass flows.
  • air is branched off after the compressor and blown at a suitable angle in such a way before the compressor in the intake passage that a Vordrall the air is formed. It is expected that, for example, up to about 40% of the intake air will be recycled.
  • the outflow opening of the bleed air must be as small as possible, so that the air reaches the speed of sound in maximum return at the outlet nozzle.
  • turbocharger in which both a pumping limit of a compressor can be shifted appropriately and, furthermore, the propulsion air at the compressor can be sufficiently blown off.
  • a turbocharger is provided with a compressor, wherein the compressor has a compressor housing in which a compressor wheel is arranged, wherein in the compressor housing, a first and a second air passage is provided, - over the first air duct air to shift the surge limit of the compressor can be fed and wherein on the second air duct air is blown.
  • This turbocharger has the advantage that a suitable amount of air can be blown off by the provision of a second air duct, for example, when an operating event occurs, in which the engine closes the throttle at a high speed and charge.
  • the amount of air for example, in addition to the first air duct via the second air duct can be removed or even exclusively via the second air duct, depending on how the two air ducts are opened.
  • the first air duct introduces a sufficient mass air flow into the intake passage in front of the compressor to produce a pre-orifice that shifts the surge line toward smaller mass flows. This has the advantage that by preventing the pump damage to the turbocharger can be prevented.
  • air can be blown off via the first and second air ducts, for example during a rapid closing of a throttle valve.
  • a common valve device can be provided, which first opens the first air duct and then the second.
  • the valve device can be actuated via an actuator. In this way, both a surge limit can be moved and on the other a charge pressure to be blown off suitable. Furthermore, by using only one actuator costs can be saved.
  • a separate valve device can be provided for the first and second air duct, for opening and closing the first and second air duct.
  • the respective valve device is actuated via an associated actuator.
  • the two air channels can be opened and closed independently, for example, depending on the desired function or purpose.
  • the valve device has a variable cross section in order, for example, to set the air mass flow through the first and / or second air duct. Due to the variable cross section, the air mass flow through the first air channel for shifting the surge limit can be set very precisely in this case, depending on the desired air mass flow to be introduced into the compressor housing.
  • the valve device comprises an actuating device, for example a punch which is provided at its end with a conical valve seat. On the slope of the conical valve seat and the feed while the air mass flow through the first air duct can be very easily and accurately adjusted.
  • the respective actuator is actuated, for example via a stepping motor or a plunger coil. In this way, the actuator can be adjusted relatively accurately.
  • the cross section of the first air channel is selected so that an incoming air reaches as high a speed as possible, for example substantially sound velocity.
  • the intake air as strong as possible swirl be imprinted. The greater the swirl, the better can be prevented a departure of the air flow, for example, at the front edge of the compressor blade and the farther the pumping limit can be shifted towards smaller mass flows out.
  • the second air duct is made larger than the first air duct. This has the advantage that over the second air duct larger amounts of air can flow or a larger air outlet is given to blow off a boost pressure, for example, when the throttle is closed quickly.
  • FIG. 1 is a partial sectional view of a compressor housing of a turbocharger according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view BB of the compressor housing, wherein the compressor housing is provided with a groove for generating a pre-whirl according to an embodiment of the invention
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of a compressor housing, according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 1 is a side sectional view of a compressor 10 of a turbocharger is shown.
  • the compressor 10 in this case has a compressor housing 12 with a compressor spiral 15.
  • a compressor wheel 14 with compressor blades 13 is rotatably mounted on a shaft.
  • the compressor housing 12 has a first air channel 18 or a feed.
  • air or bleed air is conducted into the compressor 10 via the first air channel 18 in order to shift a surge limit, for example, toward smaller mass flows.
  • the bleed air can be removed, for example, via a removal point 20 for air in the volute 15 of the compressor housing 12 and / or at the level of the diffuser and / or behind the wheel outlet or at any other point in the turbocharger housing, which is suitable To take air.
  • the bleed air is fed to the compressor 10 upstream of the compressor wheel inlet via the first air channel 18, in order to shift the pumping limit and thereby generate a pre-whirl prior to the wheel entry, which is suitable for preventing or at least increasing so-called "pumping" of the compressor 10 to reduce.
  • a removal point 20 for air in the volute 15 of the compressor housing 12 and / or at the level of the diffuser and / or behind the wheel outlet or at any other point in the turbocharger housing which is suitable To take air.
  • the bleed air is fed to the compressor 10 upstream of the compressor wheel inlet via the first air channel 18, in order to shift the pumping limit and thereby generate a pre-whirl prior to the wheel entry, which is suitable for
  • a groove 16 is provided, via which the bleed air Ü is introduced via the first air passage 18 into the compressor housing 12.
  • the groove 16 is in this case, for example, substantially circumferentially or at least partially circumferentially formed on the inside of the compressor housing 12.
  • the groove 16 may for example be formed so that they are tapered towards their end or alternatively have the same diameter throughout.
  • the groove 16 can in this case be produced for example by means of milling.
  • the turbocharger according to the invention has a second air duct 22.
  • This second air channel 22 is used to reduce excess boost pressure by blowing off (propulsion air). This happens, for example, if during a rapid closing of the throttle in the thrust by the continuing compressor impeller 14. Drucksysterr :. before the throttle valve, the boost pressure increases. In order to reduce the boost pressure, the second air channel 22 is opened.
  • the two first and second Luitkanäle 18, 22 can be actuated in each case via its own actuator (not shown), In a preferred embodiment, as shown in F.i ⁇ , 1, the two air ducts 18, 22 but also together over only one actuator 24 are actuated.
  • the invention provides in this case that the actuator 24, which controls the bleed air to the pump limit shift or the associated first air channel 18 also opens the opening of the second air channel 22 and Schubumluftkanals done.
  • valve device 26 for example an outflow valve, which is actuated via the actuator 24.
  • This discharge valve 26 or ne actuator 28 is arranged so that it can be moved between a position in which both air channels 18, 22 are closed and positions in which the first air duct 18 is opened and positions in which in addition to the first air duct 18 and the second
  • Air duct 22 is opened until the end of both air channels 18, 22 are fully open.
  • the second air duct 22 in this case, for example, has a larger diameter than the first air duct 18, since relatively large mass flows are required which are blown off, for example, when the throttle valve is closed quickly.
  • relatively small mass flows are fed to the compressor for shifting the pumping limit, for low air quantities.
  • the discharge valve 26 or its actuating device 28, here for example a stamp can be displaced to the left in arrow direction A until it releases the opening to the very large second air channel 22 at the end of its travel.
  • the discharge valve 26 and its actuating device 28 can be designed and positioned as desired, provided that the first and second air ducts 18, 22 can be opened and closed thereby. In this case, it is conceivable that the discharge valve 26 opens in a different direction to completely blow off the propulsion air, as shown in FIG. 1.
  • the actuator 24, as shown in FIG. 1, can be, for example, a stepper motor with a threaded spindle or a plunger coil or a solenoid.
  • This actuator 24 is connected to a control unit 25.
  • This can either be a separate control unit for the turbocharger, which is then connected to the engine control or coupled, or else the engine control itself.
  • the actuator 24 actuates the actuator 28 or the plunger of the Ausströmventils 26 or other suitable device, which on the one hand, the first air duct 18 to shift the surge line and on the other the second air duct 22 for blowing air open and close.
  • the degree of opening, in particular of the first air channel 18 is very finely controlled, so that, for example, always just as much air flows through the first air duct 18 as, for example, to prevent the pumping is required.
  • the discharge valve 26 and its actuator 28 for example, a variable cross-section, for example in the form of a conical valve seat 30, wherein on the slope of the conical seat and the feed, the cross section of the valve 26 can be suitably adjusted to flow to a predetermined air mass flow m to let.
  • Pump limit shift it is advantageous to choose this so that the incoming air reaches a high speed as possible, preferably substantially sound velocity to impress the intake air as strong a twist.
  • the greater this twist the better the tearing off of the air flow at the front edge of the compressor blade 13 of the compressor wheel 14 can be prevented. the and so on the pumping limit is shifted towards lower mass flows.
  • the day-to-day operation of a turbocharger compressor 10 also includes, as previously described, providing high boost pressure at high engine speeds, for example when driving on the highway at high speed or when overtaking. If the driver now quickly goes off the gas, for example, because the overtaking is completed, so in an Otto engine, the throttle must be closed so that less air is sucked into the cylinder, because the combustion always with the correct ratio of fuel and air to be held.
  • the engine of the turbocharger so the unit of turbine wheel, shaft and compressor 10 in this case, however, still has a high speed and first further promotes fresh air in the intake of the engine - against the closed throttle. So that now no pumps on the compressor 10 occurs this large air mass flow must be blown off the pressure side. In this case, the second will be the second
  • the second air channel 22 is preferably made larger in diameter than the first air channel 18 and thus can also dissipate a correspondingly large or larger amount of air.
  • the actuator 24 is preferably arranged as described above, that this can also open the second air duct 22, for example by further displacement of the actuator 28 and the punch to the rear or in the direction of arrow A. In principle, the movement in the take another direction. By this arrangement, an actuator 24 can take over both tasks.
  • FIG. 2 shows a greatly simplified sectional view of the compressor housing 12 according to FIG. 1 in the region of the first air duct 18 and the groove 16.
  • the groove 16 is indicated by a dashed line, wherein the groove 16 for example tapered to its end.
  • the discharge valve is not shown for reasons of clarity.
  • the introduction of a predetermined air mass flow m into the groove 16 or into the compressor housing 12 takes place via the first air duct 18 and requires a check of the opening of the valve device 26 or here of the discharge valve.
  • the introduced air mass flow m can be controlled in order to produce a pre-swirl as a function of the air mass flow m and pressure ratio required for the engine.
  • the outflow valve 26 can be actuated or triggered such that it introduces a predetermined air mass flow m into the groove 16.
  • the discharge valve 26 in this case has, as described above, a variable cross-section.
  • a large pre-whirl can be generated, where the first release phenomena can occur.
  • a uniform pre-whirl is preferably generated over the entire circumference.
  • the cross section of the groove 16 is selected, for example, such that the air mass flow m is preferably in a circle, i. preferably over the entire circumference is promoted o- at least over part of the circumference.
  • a minimum cross-section may be chosen so that the mass flow at idle and the mass flow provided via the valve device 26 are to the right of the surge line.
  • the invention is not limited to this definition of a minimum cross section.
  • FIG. 3 is now a schematic front view of a compressor 10 and its compressor housing 12 is shown, according to a further embodiment of the invention.
  • the compressor housing 12 differs from the compressor housing 12 according to FIGS. 1 and 2 essentially in that, instead of the groove 16, the first air duct 18 is arranged in such a way that the air mass flow m of the discharge valve 26 is introduced substantially tangentially or almost tangentially into the compressor housing 12 or the compressor feed.
  • the compressor housing 12 also has, as the embodiment in FIGS. 1 and 2, a second air passage 22 and an exhaust valve 26 and an actuator 24 for actuating the Ausströmventils 26. Therefore, the statements made to Figs. 1 and 2 also apply accordingly for the embodiment, as shown in Fig. 3 and are therefore not repeated.
  • FIG. 3 a groove 16 according to the embodiment in FIGS. 1 and 2, which via the first air channel 18 is substantially tangential to the air mass flow m almost tangential direction is supplied.
  • the first air channel 18 can be provided in such a way that the air mass flow m is introduced into the groove 16 or the compressor housing 12 in a substantially tangential direction or nearly a tangential direction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Turbolader mit einem Verdichter, wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse aufweist, in welchem ein Verdichterrad angeordnet ist, wobei in dem Verdichtergehäuse ein erster und ein zweiter Luftkanal vorgesehen ist, wobei über den erste Luftkanal Luft zur Verschiebung der Pumpgrenze des Verdichters zuführbar ist, und wobei über den zweiten Luftkanal (22) Luft abblasbar ist.

Description

Beschreibung
Turbolader mit einem Verdichter, welcher zwei Luftkanäle aufweist, zum Regeln einer Zapfluft und zum Abblasen einer Schubumluft
Die Erfindung betrifft einen Turbolader mit einem Verdichter, welcher zwei Luftkanäle aufweist zum Regeln einer Zapfluft und zum Abblasen einer Schubumluft. Die Zapfluft dient hier- bei insbesondere zum Erzeugen eines Vordralls vor dem Verdichter des Turboladers, um ein Auftreten eines Pumpens des Verdichters zu reduzieren oder im Wesentlichen ganz zu verhindern. Mittels der Zapfluft wird hierbei die Pumpgrenze zu kleineren Massenströmen hin verschoben.
Der Verdichter eines Abgasturboladers kennzeichnet sich durch ein Kennfeld, in welchem sich bei gewissen Turboladerdrehzahlen und Massenströmen ein eindeutig zugeordneter Druck erzeugen lässt. Dieses Kennfeld wird bei großen Massenströmen durch die sog. Stopfgrenze begrenzt. Bei kleinen Massenströmen wird das Kennfeld durch die Pumpgrenze begrenzt. Diese sog. Pumpgrenze tritt aufgrund eines Strömungsabrisses am Verdichterradeintritt bzw. am Verdichterradaustritt oder bei beiden auf.
In der DE 10 2007 051 844 ist beschrieben, wie mittels der Zapfluft die Pumpgrenze weiter zu kleineren Luftmassenströmen hin verschoben werden kann. Dazu wird Luft nach dem Verdichter abgezweigt und unter einem geeigneten Winkel derart wie- der vor dem Verdichter in den Ansaugkanal geblasen, dass ein Vordrall der Luft entsteht. Es ist davon auszugehen, dass beispielsweise bis etwa 40% der Ansaugluft zurückgeführt werden. Um den Vordrall in der Ansaugluft erzeugen zu können, muss die Ausströmungsöffnung der Zapfluft möglichst klein sein, so dass die Luft in maximaler Rückführung an der Austrittsdüse Schallgeschwindigkeit erreicht. Wenn nun jedoch der normale Betriebsfall eines Schubumluftventils eintritt, dass heißt der Motor schließt bei hoher Drehzahl und Aufla- dung schnell die Drosselklappe, so kann diese gesamte Luftmenge u.U. nicht über diesen einen Kanal abgeführt werden, der für die oben beschriebene Anwendung der Pumpgrenzverschiebung ausgelegt ist.
Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Turbolader bereitzustellen, bei welchem sowohl eine Pumpgrenze eines Verdichters geeignet verschoben werden kann und des Weiteren die Schubumluft an dem Verdichter aus- reichend abgeblasen werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Turbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Turbolader bereitgestellt mit einem Verdichter, wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse aufweist, in welchem ein Verdichterrad angeordnet ist, wobei in dem Verdichtergehäuse ein erster und ein zweiter Luftkanal vorgesehen ist, - wobei über den erste Luftkanal Luft zur Verschiebung der Pumpgrenze des Verdichters zuführbar ist und wobei über den zweiten Luftkanal Luft abblasbar ist.
Dieser Turbolader hat dabei den Vorteil, dass durch das Vor- sehen eines zweiten Luftkanals eine geeignete Luftmenge abgeblasen werden kann, wenn beispielsweise ein Betriebsfall eintritt, bei welchem der Motor die Drosselklappe bei einer hohen Drehzahl und Aufladung schließt. In diesem Fall kann die Luftmenge beispielsweise zusätzlich zu dem erste Luftkanal über den zweiten Luftkanal abgeführt werden oder auch ausschließlich über den zweiten Luftkanal, je nachdem wie die beiden Luftkanäle geöffnet werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- dung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform leitet der erste Luftkanal einen ausreichenden Luftmassenstrom in den Ansaugkanal vor dem Verdichter ein, um einen Vordrall zu erzeugen, der die Pumpgrenze hin zu kleineren Massenströmen verschiebt. Dies hat den Vorteil, dass durch ein Verhindern des Pumpes eine Beschädigung des Turboladers verhindert werden kann.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann beispielsweise über den ersten und zweiten Luftkanal Luft abge- blasen werden, beispielsweise bei einem schnellen Schließen einer Drosselklappe. In diesem Fall kann zum Beispiel eine gemeinsame Ventileinrichtung vorgesehen werden, die zuerst den ersten Luftkanal öffnet und anschließend den zweiten. Die Ventileinrichtung kann dabei über einen Aktuator betätigt werden. Auf diese Weise kann sowohl eine Pumpgrenze verschoben werden und zum Anderen ein Ladedruck geeignet abgeblasen werden. Des Weiteren können durch die Verwendung nur eines Aktuators Kosten eingespart werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann für den ersten und zweiten Luftkanal auch jeweils eine eigene Ventileinrichtung vorgesehen werden, zum Öffnen und Schließen des ersten bzw. zweiten Luftkanals. Die jeweilige Ventileinrichtung wird hierbei über einen zugeordneten Aktuator betätigt. Dadurch können die beiden Luftkanäle beispielsweise unabhängig voneinander geöffnet und geschlossen werden, je nach gewünschter Funktion oder Einsatzzweck.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Ventileinrichtung einen variablen Querschnitt auf, um beispielsweise den Luftmassenstrom durch den ersten und/oder zweiten Luftkanal einzustellen. Durch den variablen Querschnitt kann hierbei insbesondere der Luftmassenstrom durch den ersten Luftkanal zur Verschiebung der Pumpgrenze sehr ge- nau eingestellt werden, je nach dem gewünschten in das Verdichtergehäuse einzuleitenden Luftmassenstrom. In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Ventileinrichtung eine Betätigungseinrichtung auf, beispielsweise einen Stempel der an seinem Ende mit einem Kegelventilsitz versehen ist. Über die Steigung des Kegelventilsitzes und den Vorschub kann dabei der Luftmassenstrom durch den ersten Luftkanal sehr einfach und genau eingestellt werden.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der jeweilige Aktuator beispielsweise über einen Schrittmotor o- der eine Tauchspule betätigt. Auf diese Weise kann der Aktuator verhältnismäßig genau justiert werden.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Querschnitt des erste Luftkanals so gewählt, dass eine einströmende Luft eine möglichst hohe Geschwindigkeit erreicht, beispielsweise im Wesentlichen Schallgeschwindigkeit. Auf diese Weise kann der Ansaugluft ein möglichst starker Drall eingeprägt werden. Je größer der Drall ist, desto besser kann ein Abreisen des Luftstroms beispielsweise an der vorderen Kante der Verdichterschaufel unterbunden werden und um so weiter kann die Pumpgrenze hin zu kleineren Massenströmen hin verschoben werden.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der zweite Luftkanal größer ausgebildet als der ersten Luftkanal. Dies hat den Vorteil, dass über den zweiten Luftkanal größere Mengen an Luft fließen können bzw. ein größerer Luftauslass gegeben ist zum Abblasen eines Ladedrucks, wenn beispielsweise die Drosselklappe schnell geschlossen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Teilschnittansicht eines Verdichtergehäuses eines erfindungsgemäßen Turboladers; Fig. 2 eine schematische Schnittansicht B-B des Verdichtergehäuses, wobei das Verdichtergehäuse mit einer Nut zur Erzeugung eines Vordralls versehen ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines Verdichtergehäuses, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
In Fig. 1 ist eine Seitenschnittansicht eines Verdichters 10 eines Turboladers gezeigt. Der Verdichter 10 weist hierbei ein Verdichtergehäuse 12 mit einer Verdichterspirale 15 auf. In dem Gehäuse 12 ist ein Verdichterrad 14 mit Verdichter- schaufeln 13 auf einer Welle drehbar angeordnet.
Das Verdichtergehäuse 12 weist gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung einen ersten Luftkanal 18 bzw. eine Zuführung auf. Über den ersten Luftkanal 18 wird hierbei Luft bzw. Zapfluft in den Verdichter 10 geleitet, um eine Pumpgrenze beispielsweise hin zu kleineren Massenströmen zu verschieben .
Die Zapfluft kann hierbei beispielsweise über eine Entnahme- stelle 20 für Luft in der Spirale 15 des Verdichtergehäuses 12 entnommen werden und/oder auch auf der Höhe des Diffusors und/oder hinter dem Radaustritt oder an jeder anderen Stelle im Turboladergehäuse, die geeignet ist, um Luft zu entnehmen. Über den ersten Luftkanal 18 wird die Zapfluft dem Verdichter 10 vor dem Verdichterradeintritt zugeführt, um die Pumpgrenze zu verschieben und um dabei vor dem Radeintritt einen Vordrall zu erzeugen, der geeignet ist, dass sog. "Pumpen" des Verdichters 10 zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Dabei ist im Bereich der Verdichterzuführung in einer Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, beispielsweise eine Nut 16 vorgesehen, über die die Zapfluft ü- ber den ersten Luftkanal 18 in das Verdichtergehäuse 12 eingeleitet wird. Die Nut 16 ist hierbei zum Beispiel im Wesentlichen umlaufend oder zumindest teilweise umlaufend auf der Innenseite des Verdichtergehäuses 12 ausgebildet. Dabei kann die Nut 16 beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie sich zu ihrem Ende hin verjüngt oder alternativ durchgehend den gleichen Durchmesser aufweisen. Die Nut 16 kann hierbei zum Beispiel mittels Fräsen hergestellt werden.
Des Weiteren weist, der Turbolader gemäß der Erfindung einen zweiten Luftkanal 22 auf. Dieser zweite Luftkanal 22 wird dazu verwendet einen überschüssigen Ladedruck durch Abblasen abzubauen (Schubumluft) . Dies geschieht beispielsweise, wenn bei einem schnellen Schließen der Drosselklappe im Schub durch das weiterlaufende Verdichterrad 14 irr:. Drucksysterr:. vor der Drosselklappe der Ladedruck ansteigt. Um den Ladedruck abzubauen wird der zweite Luftkanal 22 geöffnet.
Die beiden ersten und zweiten Luitkanäle 18, 22 können dabei jeweils über einen eigenen Aktuator betätigt werden (nicht dargestellt) , In einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie in F.iσ, 1 gezeigt ist, können die beiden Luftkanale 18, 22 jedoch auch zusammen über nur einen Aktuator 24 betätigt werden .
Die Erfindung sieht hierbei vor, dass der Aktuator 24, der die Zapfluft zur Pumpgrenzenverschiebung steuert bzw. den damit verbundenen ersten Luftkanal 18 öffnet ebenfalls das Öffnen des zweiten Luftkanals 22 bzw. Schubumluftkanals erledigt .
Dies kann geschehen, indem eine Ventileinrichtung 26, beispielsweise ein Ausströmventil, vorgesehen wird, die über den Aktuator 24 betätigt wird. Dieses Ausströmventil 26 bzw. sei- ne Betätigungseinrichtung 28 ist derart angeordnet, so dass es zwischen einer Position verschoben werden kann, in welcher beide Luftkanäle 18, 22 geschlossen sind und Positionen in welcher der erste Luftkanal 18 geöffnet wird und Positionen in welchen neben dem ersten Luftkanal 18 auch der zweite
Luftkanal 22 geöffnet wird bis am Ende beide Luftkanäle 18, 22 voll geöffnet sind. Der zweite Luftkanal 22 weist hierbei beispielsweise einen größeren Durchmesser auf als der erste Luftkanal 18, da relativ große Massenströme erforderlich sind die abgeblasen werden, wenn zum Beispiel die Drosselklappe schnell geschlossen wird. Bei dem ersten Luftkanal 18 werden dagegen zum Verschieben der Pumpgrenze, zu niedrigen Luftmengen, relativ geringe Massenströme dem Verdichter zugeführt.
Gemäß der Darstellung in Fig. 1 kann das Ausströmventil 26 bzw. dessen Betätigungseinrichtung 28, hier beispielsweise ein Stempel, soweit in Pfeilrichtung A nach links verschoben werden, bis es am Ende seines Weges hin die Öffnung zu dem sehr großen, zweiten Luftkanal 22 freigibt. Grundsätzlich kann das Ausströmventil 26 und dessen Betätigungseinrichtung 28 beliebig ausgebildet und positioniert werden, sofern sich damit der erste und zweite Luftkanal 18, 22 öffnen und schließen lassen. Es ist hierbei denkbar, dass das Ausströmventil 26 zum kompletten Abblasen der Schubumluft in eine an- dere Richtung hin öffnet, als in Fig. 1 dargestellt ist.
Auf diese Weise kann ein Aktuator eingespart werden, so dass man für die beiden Abströmkanäle 18, 22 keine zwei Aktuatoren benötigt. Dadurch können Herstellungs- und Montagekosten ge- senkt werden und des Weiteren die Systemkomplexität verringert werden.
Gemäß der Erfindung werden zur Erfüllung der beiden Anforderungen, d.h. das Verschieben der Pumpgrenze im Bereich nied- riger Massenströme und hohem Druck, sowie beispielsweise das komplette Abblasen des Ladedrucks im Falle eines schnellen Schließens der Drosselklappe zwei separate Luftkanäle vorgesehen, d.h. der erste und zweite Luftkanal 18, 22. Diese wer- den dabei in einer bevorzugten Ausführungsform, wie zuvor beschrieben, nur durch einen gemeinsamen Aktuator 24 bedient.
Der Aktuator 24, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, kann zum Bei- spiel ein Schrittmotor mit einer Gewindespindel sein oder eine Tauchspule oder ein Hubmagnet. Dieser Aktuator 24 ist mit einem Steuergerät 25 verbunden. Dies kann entweder ein eigenes Steuergerät für den Turbolader sein, das dann mit der Motorsteuerung verbunden bzw. gekoppelt ist, oder aber auch die Motorsteuerung an sich. Der Aktuator 24 betätigt die Betätigungseinrichtung 28 bzw. den Stempel des Ausströmventils 26 oder eine andere geeignete Vorrichtung, die zum Einen den ersten Luftkanal 18 zur Verschiebung der Pumpgrenze und zum Anderen den zweiten Luftkanal 22 zum Abblasen von Luft öffnen und schließen kann. Dabei ist es anzustreben, dass der Grad der Öffnung insbesondere des erste Luftkanals 18 möglichst sehr fein regelbar ist, so dass beispielsweise immer gerade soviel Luft durch den erste Luftkanal 18 strömt wie beispielsweise zum Unterbinden des Pumpens erforderlich ist. Hierzu weist das Ausströmventil 26 bzw. dessen Betätigungseinrichtung 28 beispielsweise einen variablen Querschnitt auf, zum Beispiel in Form eines Kegelventilsitzes 30, wobei über die Steigung des Kegelsitzes und den Vorschub der Querschnitt des Ventils 26 geeignet eingestellt werden kann, um einen vorbestimmten Luftmassenstrom m abfließen zu lassen.
Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel für eine Ausgestaltung des Ausströmventils 26. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt.
Bei der Auslegung der Größe des ersten Luftkanals 18 zur
Pumpgrenzenverschiebung ist es vorteilhaft, diesen so zu wählen, dass die einströmende Luft eine möglichst hohe Geschwindigkeit erreicht, vorzugsweise im Wesentlichen Schallgeschwindigkeit, um der Ansaugluft einen möglichst starken Drall einzuprägen. Je größer dieser Drall ist, desto besser kann ein Abreißen des Luftstroms an der vorderen Kante der Verdichterschaufel 13 des Verdichterrads 14 unterbunden wer- den und um so weiter wird die Pumpgrenze hin zu geringeren Massenströmen verschoben.
Zum alltäglichen Betrieb eines Turboladerverdichters 10 ge- hört es allerdings auch, wie zuvor bereits beschrieben wurde, dass er einen hohen Ladedruck bei hohen Motordrehzahlen liefert, zum Beispiel beim Fahren auf der Autobahn mit hoher Geschwindigkeit oder beim Überholen. Wenn der Fahrer nun schnell vom Gas geht, zum Beispiel weil der Überholvorgang abgeschlossen ist, so muss bei einem Otto-Motor die Drosselklappe geschlossen werden, damit weniger Luft in die Zylinder angesaugt wird, weil die Verbrennung immer mit dem richtigen Verhältnis aus Kraftstoff und Luftmenge stattfinden soll. Das Laufzeug des Turboladers, also die Einheit aus Turbinenrad, Welle und Verdichter 10 hat in diesem Fall jedoch noch eine hohe Drehzahl und fördert erstmal weiter Frischluft in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors - gegen die geschlossene Drosselklappe. Damit nun kein Pumpen am Verdichter 10 auftritt muss dieser große Luftmassenstrom von der Druckseite abgeblasen werden. Für diesen Fall wird der weitere zweite
Luftkanal 22 benötigt. Der zweite Luftkanal 22 ist dabei vorzugsweise in seinem Durchmesser größer ausgeführt als der erste Luftkanal 18 und kann somit auch eine entsprechend große bzw. größere Luftmenge abführen.
Der Aktuator 24 ist vorzugsweise so angeordnet, wie zuvor beschrieben, dass dieser den zweiten Luftkanal 22 ebenfalls Öffnen kann, zum Beispiel durch ein weiteres Verschieben der Betätigungseinrichtung 28 bzw. des Stempels nach hinten bzw. in Pfeilrichtung A. Grundsätzlich kann die Bewegung auch in die andere Richtung erfolgen. Durch diese Anordnung kann ein Aktuator 24 die beiden Aufgaben übernehmen.
In Fig. 2 ist stark vereinfacht eine Schnittansicht des Ver- dichtergehäuses 12 gemäß Fig. 1 im Bereich des ersten Luftkanals 18 und der Nut 16 gezeigt. Die Nut 16 ist dabei mit einer gestrichelten Linie angedeutet, wobei sich die Nut 16 beispielsweise zu ihrem Ende hin verjüngt. Das Ausströmventil ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Das Einleiten eines vorbestimmten Luftmassenstroms m in die Nut 16 bzw. in das Verdichtergehäuse 12 erfolgt über den ersten Luftkanal 18 und erfordert eine Kontrolle der Öffnung der Ventileinrichtung 26 bzw. hier des Ausströmventils. Auf diese Weise kann der eingeleitete Luftmassenstroms m kontrolliert werden, um einen Vordrall in Abhängigkeit von dem für den Mo- tor erforderlichen Luftmassenstrom m und Druckverhältnis zu erzeugen. Dabei kann das Ausströmventil 26 derart betätigt oder angesteuert werden, dass es einen vorbestimmten Luftmas- senstrom m in die Nut 16 einleitet.
Das Ausströmventil 26 weist hierbei, wie zuvor beschrieben, einen variablen Querschnitt auf. Über den Luftmassenstrom m der aus dem Ausströmventil 26 der Nut 16 zugeführt wird, kann insbesondere in Wandnähe ein großer Vordrall erzeugt werden, wo als erstes Ablöseerscheinungen auftreten können. Dabei wird vorzugsweise ein gleichmäßiger Vordrall über den gesamten Umfang erzeugt.
Der Querschnitt der Nut 16 ist dabei beispielsweise so ge- wählt, dass der Luftmassenstrom m vorzugsweise im Kreis, d.h. vorzugsweise über den gesamten Umfang gefördert wird o- der zumindest über einen Teil des Umfangs . Ein minimaler Querschnitt kann beispielsweise so gewählt werden, dass der Massenstrom im Leerlauf und der Massenstrom der über die Ventileinrichtung 26 bereitgestellt wird rechts der Pumpgrenze liegt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Definition eines minimalen Querschnitts beschränkt.
In Fig. 3 ist nun eine schematische Vorderansicht eines Verdichters 10 und seines Verdichtergehäuses 12 gezeigt, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Das Verdichtergehäuse 12 unterscheidet sich dabei von dem Verdichtergehäuse 12 gemäß Fig. 1 und 2 im Wesentlichen dadurch, dass statt der Nut 16 der erste Luftkanal 18 derart angeordnet ist, so dass der Luftmassenstrom m des Ausströmventils 26 im Wesentlichen tangential oder nahezu tangential in das Verdichtergehäuse 12 bzw. die Verdichterzuführung einführt wird. Das Verdichtergehäuse 12 weist dabei ebenfalls, wie die Ausführungsform in Fig. 1 und 2, einen zweiten Luftkanal 22 auf und ein Ausströmventil 26 und einen Aktuator 24 zum Betätigen des Ausströmventils 26. Daher gelten die zu den Fig. 1 und 2 gemachten Ausführungen auch entsprechend für die Ausführung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist und werden daher nicht wiederholt.
Grundsätzlich ist aber auch denkbar die Ausführungen miteinander zu kombinieren, indem wahlweise in Fig. 3 zusätzlich eine Nut 16 gemäß der Ausführungsform in den Fig. 1 und 2 vorgesehen wird, der über den erste Luftkanal 18 der Luftmas- senstrom m in im Wesentlichen tangentialer oder nahezu tangentialer Richtung zugeführt wird. In den Fig. 1 und 2 kann hierbei entsprechend der erste Luftkanal 18 so vorgesehen werden, dass der Luftmassenstrom m in im Wesentlichen tangentialer Richtung oder nahezu tangentialer Richtung in die Nut 16 bzw. das Verdichtergehäuse 12 eingeleitet wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modi- fizierbar. Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind dabei miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon .

Claims

Patentansprüche
1. Turbolader mit einem Verdichter (10), wobei der Verdichter (10) ein Verdichtergehäuse (12) aufweist, in welchem ein Verdichterrad (14) angeordnet ist, wobei in dem Verdichtergehäuse (12) ein erster und ein zweiter Luftkanal (18, 22) vorgesehen sind, wobei über den ersten Luftkanal (18) Luft zur Verschiebung der Pumpgrenze des Verdichters (10) zuführbar ist, und wobei über den zweiten Luftkanal (22) Luft abblasbar ist.
2. Turbolader nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der erste Luftkanal (18) einen ausreichenden Luftmassenstrom in den Verdichter (10) einleitet, um die Pumpgrenze hin zu kleineren Massenströmen zu verschieben, und um vorzugsweise einen Vordrall zu erzeugen, der geeignet ist, ein Pumpen des Verdichters (10) zu verhindern.
3. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass über den ersten und zweiten Luftkanal (18, 22) Luft abblasbar ist, beispielsweise bei einem schnellen Schließen einer Drosselklappe eines mit dem Turbolader verbundenen Motors .
4. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass für den ersten und zweiten Luftkanal (18, 22) eine Ventileinrichtung (26) vorgesehen ist zum Öffnen und Schließen des ersten bzw. zweiten Luftkanals (18, 22), wobei die Ventileinrichtung (26) über einen Aktuator (24) betätigbar ist.
5. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass für den ersten und zweiten Luftkanal (18, 22) jeweils eine eigene Ventileinrichtung (26) vorgesehen ist zum Öffnen und Schließen des ersten bzw. zweiten Luftkanals (18, 22), wobei die jeweilige Ventileinrichtung (26) über einen zugeordneten Aktuator (24) betätigbar ist.
6. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ventileinrichtung (26) zumindest im Bereich der Öffnung des ersten Luftkanals (18) einen variablen Querschnitt aufweist, um einen geeigneten Luftmassenstrom einzustellen.
7. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ventileinrichtung (26) eine Betätigungseinrichtung (28) aufweist, die beispielsweise mit einem Kegelventilsitz (30) versehen ist, wobei über die Steigung des Kegelventilsitzes der Querschnitt der Ventileinrichtung (26) geeignet einstellbar ist.
8. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Aktuator (24) beispielsweise über einen Schrittmotor oder eine Tauchspule oder einen Hubmagneten betätigbar ist.
9. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 4 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Aktuator (24) über eine Steuereinrichtung (25) steuerbar ist, wobei die Steuereinrichtung beispielsweise ein Teil der Motorsteuerung ist oder als separates Teil mit dieser verbunden ist.
10. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Querschnitt des ersten Luftkanals (18) so gewählt ist, dass eine einströmende Luft eine möglichst hohe Ge- schwindigkeit erreicht, beispielsweise im Wesentlichen Schallgeschwindigkeit .
11. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Querschnitt des zweiten Luftkanals (22) größer ist als der Querschnitt des ersten Luftkanals (18), wobei der Querschnitt des zweiten Luftkanals (22) beispielsweise so ge- wählt ist, dass ein überschüssiger Ladedruck durch Öffnen des zweiten Luftkanals (22) und wahlweise des ersten Luftkanals (18) geeignet abgebaut werden kann.
12. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der erste Luftkanal (18) so ausgebildet ist, dass ein Luftmassenstrom nahezu tangential oder im Wesentlichen tangential in das Verdichtergehäuse (12) einleitbar ist.
13. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verdichtergehäuse (12) eine Nut (16) aufweist, die mit dem ersten Luftkanal (18) verbunden ist, wobei die Nut (16) beispielsweise in einem Bereich vor dem Verdichterrad- eintritt bzw. im Bereich der Verdichterzuführung angeordnet ist .
14. Turbolader nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Nut (16) in einem vorbestimmten Abstand vor dem Verdichterradeintritt angeordnet ist, wobei der Abstand der Nut (16) von dem Verdichterrad (14) beispielsweise so gewählt ist, dass der Abstand der Nut (16) mindestens 1/4 des Durchmessers am Verdichtereintritt und höchstens das fünffache des Durchmessers am Verdichterradeintritt beträgt.
15. Turbolader nach wenigstens einem der Ansprüche 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Nut (16) zumindest teilweise oder vollständig umlaufend in dem Verdichtergehäuse (12) ausgebildet ist, wobei sich die Nut (16) wahlweise zu ihrem Ende hin verjüngt.
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