Turbolader

Abstract

 Turbolader (1) für eine Brennkraftmaschine, mit einem in einem Verdichtergehäuse (2) angeordneten und von einem Antrieb drehbaren Verdichter zum Verdichten einer Ansaugluft für die Brennkraftmaschine, wobei die verdichtete Ansaugluft von dem Verdichter radial nach außen durch einen Ringspalt (3) in dem Verdichtergehäuse (2) gefördert wird und wobei eine offene Weite (A) des Ringspaltes von einem lageveränderbaren Element (4) veränderbar ist, und wobei das lageveränderbare Element (4) aus einem elastischen Material ist.
Die vorgeschlagene Ausgestaltung führt zu einer Ausweitung des Verdichterkennfeldes zu hohen Massendurchsätzen bei gleichzeitiger Gewährleistung eines guten Wirkungsgrades bei niedrigen Massenströmen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Turbolader mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Sie geht von der US-Patentschrift 4,403,914 aus. In dieser ist ein Verdichter eines Turboladers für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Der Verdichter befindet sich in einem Verdichtergehäuse und wird von einer Turbine angetrieben. Hierbei fördert der Verdichter die Ansaugluft für die Brennkraftmaschine durch einen Ringspalt radial nach außen und weiter zu den Brennräumen der Brennkraftmaschine. Um das Verdichterkennfeld auszuweiten, verfügt das Verdichtergehäuse über ein radial umlaufendes Stellelement mit einem axial verschiebbaren lageveränderbarem Element. Durch die Veränderung der Breite, d. h. der lichten Weite des umlaufenden Ringspaltes wird dessen strömungsbeeinflussende Eigenschaft an die Drehzahl des Verdichters angepasst.

[0003] Nachteilig bei der beschriebenen Ausgestaltung ist eine Verschmutzungsgefahr zwischen dem lageveränderbaren Element und dem Verdichtergehäuse, was zum Blockieren der Verschiebebewegung führen kann.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Verdichter aufzuzeigen, dessen lageveränderbares Element verschmutzungsunempfindlich ist.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die Verwendung eines elastischen Materials für das lageveränderbare Element werden jegliche Ringspalte oder Bewegungsfugen, die im Stand der Technik für die Verschiebung des Elementes notwendig sind, vermieden. In vorteilhafter Weise ist der Stellantrieb bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung auf der dem Ringspalt abgewandten Seite des lageveränderbaren Elementes angeordnet, so dass auch hier keine Verschmutzung durch Ansaugluft eintreten kann. Weiter ergibt sich der Vorteil, dass der Ringspalt zu einer stetig veränderbaren Lavalldüse ausgestaltet werden kann. Dies gewährleistet eine Ausweitung des Verdichterkennfeldes zu hohen Massendurchsätzen bei gleichzeitiger Gewährleistung eines guten Wirkungsgrades bei niedrigen Massenströmen, da die Strömungsverluste minimiert sind. Gleichzeitig wird der Gesamtwirkungsgrad des Turboladers durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verdichterausgangsbereiches (Ringspalt) erhöht, der jedem Luftmassendurchsatz optimal angepasst werden kann, ohne dabei als Widerstand im Strömungsfeld zu wirken. Dies führt weiter zu einer verbesserten Dynamik des Turboladers. Weiter ist eine Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine, sowie die Ausweitung des nutzbaren Drehzahlbandes durch einen größeren Verdichter möglich. Auch wird aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der benötigte Bauraumbedarf minimiert.

[0006] Gemäß den Patentansprüchen 2 und 3 kann das lageveränderbare Element aus einem Metall oder einem Kunststoff sein. Während die Vorzüge des Metalls in der Temperaturbeständigkeit liegen, ist der Kunststoff besonders leicht deformierbar.

[0007] Um eine Verschmutzungsanfälligkeit noch weiter zu reduzieren, sind die bevorzugten Montagemöglichkeiten für das lageveränderbare Element an das Verdichtergehäuse gemäß Patentanspruch 4 mittels Pressverbindung und/oder mittels der Verwendung von Formschlusselementen.

[0008] Eine besonders gute Effizienz der Einstellung der lichten Weite des Ringspaltes wird bei einer Anordnung gemäß Patentanspruch 5 dadurch erreicht, dass das lageveränderbare Element beidseitig des Ringspaltes angeordnet ist.

[0009] Zur axialen Verstellung des lageveränderbaren Elementes bieten sich insbesondere elektrisch und/oder mechanisch und/oder hydraulisch betreibbare Stellelemente gemäß Patentanspruch 6 an.

[0010] Im Folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in einer einzigen Figur näher erläutert.

[0011] Figur 1 zeigt einen Schnitt durch ein Verdichtergehäuse 2 eines erfindungsgemäß ausgestalteten Turboladers 1. Da ein Verdichter weitgehend radialsymmetrisch ist, ist nur eine Hälfte, ausgehend von einer Längsachse 5 des Turboladers 1 dargestellt. Radial um die Längsachse 5 ist ein Verdichter 6 angeordnet. Der Verdichter 6 ist wiederum von dem Verdichtergehäuse 2 weitgehend radial umhüllt. Der Antrieb des Verdichters 6, im vorliegenden Fall eine Abgasturbine, ist in Figur 1 nicht dargestellt. Beim Betrieb des Turboladers 1 saugt der Verdichter 6 Ansaugluft entsprechend einer dargestellten Doppelpfeilrichtung an, verdichtet diese und befördert sie radial nach außen durch einen Ringspalt 3 weiter in einen Ringraum 7, gekennzeichnet durch einen Einfachpfeil, der sich radial um den Verdichter 6 erstreckt und auch noch von dem Verdichtergehäuse 2 ummantelt ist. Weiter wird die verdichtete Ansaugluft aus dem Ringraum 7 in Richtung von Brennräumen einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine gefördert.

[0012] Erfindungsgemäß weist eine ansaugseitige Seitenwand des Ringspaltes 3 ein lageveränderbares Element 4 auf. Das lageveränderbare Element 4 besteht aus einem hochfesten Fluorsilikon, und erstrecket sich radial umlaufend entlang der Seitenwand des Ringspaltes 3. Das lageveränderbare Element 4 ist mittels einer Pressverbindung (radial innen) und Formschlusselementen (radial außen) an das Verdichtergehäuse 2 angeordnet. Außerhalb des Verdichtergehäuses 2 befindet ist ein Stellelement 8 angeordnet, mit einem axial verschiebbaren Stößel 8'. Mit dem Stellelement 8 und dem Stößel 8' ist das lageveränderbare Element 4 in den Ringspalt 3 schiebbar, wobei dessen Strömungsquerschnitt verringert wird. Aufgrund der elastischen Eigenschaften des lageveränderbaren Elementes 4 erfolgt die Rückstellung passiv, bis der maximale Strömungsquerschnitt wieder erreicht ist.

[0013] Durch diese Strömungsquerschnittsveränderung im Ringspalt 3 wird das Verdichterkennfeld zu hohen Massendurchsätzen bei gleichzeitiger Gewährleistung eines guten Wirkungsgrades bei niedrigen Massenströmen ausgeweitet. Weiter wird der gesamte Wirkungsgrad des Turboladers 1 durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verdichterausgangsbereiches, der jedem Massendurchsatz optimal angepasst werden kann, ohne dabei als Widerstand im Strömungsfeld zu wirken, erhöht. Hieraus resultiert eine verbesserte Dynamik des Turboladers 1 bei gleichzeitiger Leistungssteigerung und Ausweitung des nutzbaren Drehzahlbandes, da größere Verdichter eingesetzt werden können, bei gleichzeitig geringem Bauraumbedarf.

[0014] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das lageveränderbare Element 4 anstelle aus Kunststoff auch aus Metall sein. Geeignet sind hierfür beispielsweise Federbleche, wobei die Befestigung am Verdichtergehäuse entsprechend angepasst wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befindet sich axial beidseitig des Ringspaltes 3 jeweils ein lageveränderbares Element 4. Mit dieser Ausführungsform werden besonders gute Wirkungsgrade erzielt, da der Ringspalt 3 als Lavalldüse ausgeführt werden kann. Das Stellelement 8 kann elektrisch und/oder mechanisch und/oder hydraulisch betrieben sein, wobei bei hydraulischem Betrieb der Stößel 8' durch Hydrokanäle ersetzt wird.

Bezugszeichenliste

[0015] 

1.

Turbolader

2.

Verdichtergehäuse

3.

Ringspalt

4.

Lageveränderbares Element

5.

Längsachse

6.

Verdichter

7.

Ringraum

8.

Stellelement

8'.

Stößel

Ansprüche

1. Turbolader (1) für eine Brennkraftmaschine, mit einem in einem Verdichtergehäuse (2) angeordneten und von einem Antrieb drehbaren Verdichter zum Verdichten einer Ansaugluft für die Brennkraftmaschine, wobei die verdichtete Ansaugluft von dem Verdichter radial nach außen durch einen Ringspalt (3) in dem Verdichtergehäuse (2) gefördert wird und wobei eine offene Weite (A) des Ringspaltes von einem lageveränderbaren Element (4) veränderbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das lageveränderbare Element (4) aus einem elastischen Material ist.

2. Turbolader nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material ein Metall ist.

3. Turbolader nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material ein Kunststoff ist.

4. Turbolader nach einem der Patentansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das lageveränderbare Element mittels Pressverbindung und/oder Formschlusselementen im Verdichtergehäuse (2) fixiert ist.

5. Turbolader nach einem der Patentansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das lageveränderbare Element (4) beidseitig des Ringspaltes (3) angeordnet ist.

6. Turbolader nach einem der Patentansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Lageveränderung des lageveränderbaren Elementes (4) mit einem elektrisch und/oder mechanisch und/oder hydraulisch betriebenen Stellelement erfolgt.

Zeichnung