DE1601348A1 - Turbolader-Kompressor mit einem Diffusor mit veraenderlicher Querschnittsflaeche - Google Patents

Description

P A T E N T A W W A L J E Dipl.-tng. MAtTI N JLICHT Dr. REINHOLD SCHMIDT PATENTANWXLTf UCHT, HANtMANN, HfRIMANM .

ii Dipl,-W!r1ich.-hfl. AXEL HANS MAN N

Dipl-Phyi. SEtASTIAN HEItMAHN

160134S

M0nchw,d«n 20. Februar 1968

HtrZtkfc·· ■ Um* Z«Mmm

GATERPIiLLAR TRACTOR CO. ' .

Peoria, Illinois frühen San leandro, Kalifornien

IT. E.. Adams Street 100 Davis Street 800 V. St. A. V.. St. A.

Turbolader - Kompressor mit einem Diffusor mit veränderlicher

,Querschnlttsfläohe.

Die vorliegende Erfindung bezieht flieh auf Turbolader und insbesondere auf eine Einrichtung, mit der die Ausgangeseite des Turboladers oder die Querschnittefläche des Kompressor?· , ' diffusors automatisch geändert werden kann, um den Anforderungen des Motors zu genügen. Wie in dem USA-Patent 3 150 650 darge^ legt ist, haben Turbolader, die dazu verwendet werden, Jiuft in die Verbrennungskammer eines Motors einzuführen, oft eine unerwünschte Betriebseigenschaft, die als bei geringen Motordrehzahlen auftretender "DruckatoB («urging)" bekannt ist. Bin derartiger Druckstofl, der sich durch ein echnell.es Schwanken des statischen Druckes in dem Kompressor bemerkbar macht, wird durch den geringen Luftverbrauch hervorgerufen, der bei geringen Motordrehzahlen stattfindet· Wenn der Druck in dem Kompressor ansteigt, weil der Motor nicht die gesamte durch den Kompressor

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INSPECTED

gelieferte luft verbraucht, übersteigt- der Druok in des. Kom,-pressorgehäuss den öesanitluftdruck in den Diffusor und eins Umkehr der Strömungsrichtung findet statt. Dias führ:; zu einem druckabfall in dem Kompressorgehäuse, der durch den. normal on Kompressorbetrieb schnell wieder aufgebaut r/ird, bis der Drucicaufbau ausreicht, um den Luftstrom v/ieder umzukehren.. Diese aufeinanderfolgenden Vorgänge bewirken, daß die Luft den LIotor in Stössen zugeführt wird, was zu einem unregelmäßigen 3etri20 des Motors mit unzureichendeiri tfifkttftgsgtfad--führt.

Die der vorliegenden Erfindung, zugrundeliegende Aufgabe besteht in der Schaffung einea 2urboladers, bei dem das oben erwähnte "Stoi3en" nicht auftritt, und in der Schaffung einer sehr einfachen und unaufwendigen Einrichtung, mit der die Querschnittsfläciie des Ausströmraums selbsttätig reguliert wird.

!ferner soll erfindungsgemäß der Wirkungsgrad und die Vielseitigkeit von Turboladern durch die. Schaffung einer Einrichtung zur automatischen Änderung des Querschnitts des Ausströmraums in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des durch den Ausströmraum strömenden Gases verbessert werden.. Weitere und speziellere Ziele und Vorteile der rorliegendett Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, eines Aüsfülirungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor, in denen

Hg. 1 eine teilv/eise als Schnitt dargestellte schema ti.-" sehe Ansicht eines Turboladers ist, der die vorvorliegendef Erfindung enthält,

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Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht eines Teils einer

verstellbaren Diffusorwand ist, in der eine daran angebrachte Vorrichtung gezeigt ist, die einen Toll der Erfindung bildet, und

jri-j. 5 eine "perspektivisch·? Alisicht der in Fig. 2 ge-.

ze-ijten Vorrichtung ist, die von der Diffusorv/and getragen wird.

3s-r i.v. jl_t-. 1 dargestellte"Turbolader ucfaSt ein Turbinenaggregat, Ulis allgemein mit den: Beaugsaeichen 11 bezeichnet ist, und ein alljecein rr.it 12 bezeichnetes Kompressoraggregat, die durch ein i=: baulicher Einheit Eit ilinen ausgebildetes Lagergehäuse 13" miteinander verbunden sind, in dec eine Welle 14 in (nicht gezeigten) Lagern drehbar gelagert ist. Die Welle 14 trägt gemeinsam ein in gestrichelten Linien gezeigtes Turbinenrad 16 und ei,n , KoDpressor. ΰ 17.

Hör -Turbolader- wirkt in bekannter »Veise, v/obei das Jurcinenrad Io durch die Abgase eines ¥erbrennttr;gsmotors {nicht dargestellt) gedreht wird, die durch einen Einlaß 16 in das !Eurbinenaggregat eindringe:: und auf die Schaufeln des Turbinenrads. 16 auf treffen und diesen eins Drehung Eit hoher Drehzahl verleihen. Die Abgase strömen sodann durch einen . Auspuffs tutzen 2C nach außen. Die Drehung des lurbinenradea 16 wird über die Welle 14 auf das- Konpressorrac 17 -übertragen, dessen Aufgabe es ist,, atmosphärische Luft durch einen-EinlaS.19 ansusau-en und.radial nach außen durch ein ο Auslassöffnung-21- auszustoßen,, τοπ ;vo sie.-djfcrch. eine (nicht ""^ ^c '■- 009847/0182

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gezeigte) Leitung dem Ansaugstutzen des Verbrennungsmotors zugeführt wird.

Sin Diffusordurchgang oder Ausstrümraum 22 wird an einer Seite, durch eine starre Diffus ο rwand 23 gebildet, die in baulicher Einheit mit dein Kompressorgehäuse ausgebildet ist, sowie an der gegenüberliegenden Seite durch ein-3 verstellbare Diffus ο rv/and 24. Beide Y.'iinde 23 und 24 sind ringförmig ausgebildet und schicken die angesaugte und verdichtete Luft in den ringförmigen Teil des Gehäuses, der eine Kammer 26 bildet, bevor 3ie durch den Auslas 21 nach außen gelenkt wird. In der Kammer 26 findet unter bestimmten Betriebsbedingungen ein Druckaufbau statt und ;· bewirkt die oben erwähnte Rückströmung und Stoßwirkung. ■"■_- .^!;.

Ein i. -or, der mit normaler Drehzahl läuft, verbraucht genügende !..engen an Luft für die Verbrennung, so daß ein übermäßiger Druckaufbau in der Kammer 26 verhindert wird. V/enn jedoch die Drehzahl des Llotors herabgesetzt wird, wie z.B., wenn der Kotor unter einer schweren. Last läuft, dabei jedoch gleichzeitig die Drehzahl, mit der das Kompressorrad 17 angetrieben wird, nicht entsprechend herabgesetzt wird, wird der Kammer 26 über die riffusorfläche 22 mehr Luft zugeführt, als von dem Llotor verbraucht werden kann. Dies führt zu einem übermäßigen Druckaufbau in der Kammer 26, bis der in der Kammer 26 aufgebaute Druck -3ins StrcLrangsumkehr und einen vorübergehenden Druckabfall in der Kammer 26 hervorruft, was zu der Stoßwirkung führt.

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Um. dies automatisch zu verhindern, ist die bewegliche Wand 24' der Diffusorflache an einem elastischen Balg 2Ö angebracht, der hinter der 7/and eine ringförmige Kammer bildet. Diese Kammer ist bis auf Luftdurchgänge 29 abgedichet, die durch die V/and 24 und du_rch Luftv/iderstandsf lachen 30 verlaufen, von denen eine geeignete Anzahl an der V/and angeordnet sein kann, um Auslaßstellen zu bilden, von denen Luft aus dem Inneren des Balges 28 abgesaugt werden kann.

Um das Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, muß die Querschnittsfläche des Ausströmraums zwisch ai den Wänden 23 und 24 für hohe Motordrehzahlen und eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der durch den Ausströmraum strömenden Luft erhöht werden und verringert werden, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Luft abnimmt. Dies v/ird automatisch erreicht, weil die an den Luftv/iderstandsflächen 30 in der in Pig, 2 durch Pfeile angedeuteten Hichtung vorbeiströmende Luft einen Unterdruck an der Stromäbseite der Luftwiderstandsfläche 30 hervorruft, wodurch Luft durch den Durchgang 29 abgesaugt wird. Dies führt zu einem teilweisen Zusammendrücken des Balges 28 und ein entsprechendes Zurückweichen der Wand 24, wodurch $9? Ausströmraum erweitert wird. Der Balg 28 besteht aus einemsStoff, der elastische Eigenschaften hat und bestrebt ist, die φαηά 24 in. ihrer vorgeseho-

fcenen Stellung für geringe Drehzahlen des Motors zu halten, so defl, wenn die Motordrehzahl herabgesetzt und die Strömungsgesohwindigkeit der Luft, die durch den Ausströmraum strömt, ver·" ringert wird, der Druok an der Stromabaeite der Luftwiderstands-"'■·■■-..., 009847/0162 ORIGINAL .NSR=CTED

flächen 30 erhöht v/ird und den Zintritt von Luft in c.-;-:i 3-ul;; 2<3 gestatte «» ^a dessen 31astii:i"Cät bestrebt ist,- div qüv/ö;;-licns ',Vand 24 in ihre Stellung fär jeri.ire LreliaahlOLi zarücl-:- aubev/egen.

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Claims (5)

Patentanr.eldüngt Turbolader-Kompreseor mit einem Diffusor mit veränderlicher Querschnittsflache PATENTANSPRUCHS " -

1. ^irbolader-BotetionsluftkompreBBor mit einem Rotor ttnd einer, den Rotor umgebenden ringförmigen Aueetrömraum, gekennzeichnet durch in Abetand voneinander angeordnete ring* fönr.ige ' inde (23, 24), die den Aueetrömraum (22) bilden, ein· •Einrichtung (28), die mindeetene eine der finde (24) auf die andere Wand (23) zu und von der anderen Wand (23) hinweg bewegbar hält, und eine Einrichtung (30, 29)ι die auf die Strömungsgeschwindigkeit der von dem Kompressor durch den Aueströmra\in strönenden Luft anspricht,. · um die bewegliche Wand (24) su verstellen und dadurch die Quefschnittsflache des Ausstruaraunes su verändern. . "

2. !Turbolader-Rotationsluftkompreesor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wand (24) von einem Balg(28)

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;:)trajeii -.virdj und daß eine Einrichtung (30,29) vorgesehen ist, K.ittolö uerer das Luftvolumen in dem Balg (28) erhöht und verringert -.vird.

3. Turbolader-Üotationsluftkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß d!einrichtung zur Erhöhung und Verringerung -•..ü Luftvolumens durch Luftwiderstandsflächen (30), die in dem 3trcrr.unjs-.ve_;- der Luft in dem Ausströmraum angeordnet sind, und Durchgänge (29) gebildet werden, die die stromab gelegenen Teile der Luftwitiarstandsflachen (30) und den Innenrauin des Balges (28) miteinander verbinden.

4. Turbolador-Hotationsluftkompressor nach Anspruch 2, dadurch gokennzuicliuet, daß der Balg (28) zwei in Abstand voneinander angeordnete ringförmige Wände aufweist, die eine Wand (24) des AusströEraums (22) tragen und einen ringförmigen Luftraum bilden.

5. Turbolader-Rotationsluftkompressor nach Anspruch 4, dadurch

) gekennzeichnet, daß die Luftwiderstandsflächen (30) an der Wand (24) des Ausströmraums angeordnet sind und daß zwischen ihren Stromabseiten und dem Innenraum des Balges (28) Durchgänge (29) ausgebildet sind, wodurch ein mit hoher Strömungsgeschwindigkeit durch den Ausströmraum strömender Luftstrom Luft aus dem Balg (28) absaugt. ·