DE10336994B4

DE10336994B4 - Brennkraftmaschine mit Aufladung sowie zugeordneter Luftverdichter

Info

Publication number: DE10336994B4
Application number: DE10336994A
Authority: DE
Inventors: Jialin Canton Yang; Peter West Bloomfield Hofbauer; Lixin Rochester Hills Peng
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2023-08-13
Also published as: DE10336994A1; US6651431B1

Abstract

Verdichter mit:
einem Verdichtergehäuse (5, 34) mit einem Lufteinlass (10) und einer Mehrzahl von Luftauslässen (15, 16; 39, 41);
einer in dem Verdichtergehäuse (5, 34) angeordneten drehbaren Welle (2) zum Antreiben eines Verdichterrades (3),
mit einer Mehrzahl von Laufradschaufeln (4, 27), welche in dem Verdichtergehäuse (5, 34) angeordnet sind, und
einer Mehrzahl innerhalb des Verdichtergehäuses (5, 34) über den Umfang verteilt angeordneter Diffusoren (6, 7; 35, 36), wobei jeder der Diffusoren (6, 7; 35, 36) in Verbindung mit einem der Luftauslässe (15, 16; 39, 41) steht,
und wobei zur Trennung eines Paars der genannten Mehrzahl von Diffusoren (6, 7; 35, 36) wenigstens eine Trennwand (26) vorgesehen ist,
und mittels der Trennwand (26) eine Aufteilung eines durch den Lufteinlass (10) eintretenden Luftstroms auf die Mehrzahl von Diffusoren (6, 7; 35, 36) erfolgt,
dadurch gekennzeichnet,
dass jede Laufradschaufel (27) wenigstens einen sich radial nach...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Brennkraftmaschinen mit Aufladung und hierzu vorgesehene Luftverdichter. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Brennkraftmaschinen mit variablem Hubraum und bei diesen eingesetzten Luftverdichtern für einen Arbeitsbereich mit einem weiten Spektrum unterschiedlicher Luftstromwerte. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Luftverdichter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, Brennkraftmaschinen gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 5 bzw. 7 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 16.
Bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen mit Aufladung, wie beispielsweise Lademotoren oder Motoren mit Turbolader ist der Einsatz eines Luftverdichters bekannt, mittels dessen Luft unter Druck in den Lufteinlass des Motors einströmt. Eine Erhöhung der Pressdichte im Einlass bewirkt, dass von der Brennkraftmaschine größere Mengen von Luft und Kraftstoff angesaugt werden, was eine Erhöhung der Ausgangsleistung zur Folge hat. Bekannte derartige Verdichter sind beispielsweise als Zentrifugalverdichter mit folgenden Bestandteilen ausgebildet: einem um eine axiale Welle drehbaren Laufrad zur Bewirkung eines zwangsweisen Eintritts von Luft längs der Achse nach außen in Richtung des äußeren Umfangsbereiches des Verdichters, einem längs eines Teils des Umfangsbereiches angeordneten Auslass und einem Diffusor zur Umwandlung der kinetischen Energie der gegen den Umfangsbereich zwangsweise gedrückten Luft in Druckluft dann, wenn die Luft aus dem Auslass austritt. Der Begriff Diffusor ist ein im Bereich der Zentrifugalverdichter üblicher Fachbegriff. In den Diffusor mit hoher Geschwindigkeit eintretende Luft wird in diesem verlangsamt, was einen Druckanstieg zur Folge hat. Ein Diffusor enthält typischerweise zwecks Erzielung einer wirksamen Energieumwandlung Statorschaufeln (auch als Leitschaufeln bezeichnet). Alternativ besteht auch die Möglichkeit, einen Diffusor ohne Schaufeln bzw. schaufellos auszubilden.
Im Stande der Technik ist es weiterhin bekannt, dass der Arbeitsbereich eines Luftverdichters bei hohen Luftflussraten durch Drosselvorgänge und bei geringen Luftflussraten durch das Auftreten instabiler Betriebszustände begrenzt ist. Instabile Betriebszustände sollten vermieden werden. In dem stabilen Betriebsbereich eines Betriebskennfeldes eines Verdichters hat eine Drosselung des Auslassflusses einen Druckanstieg zur Folge, durch die der Drosselung entgegengewirkt wird. In dem instabilen Bereich des Betätigungskennfeldes hat jedoch eine weitere Drosselung zur Folge, dass der Druck des Verdichters abfällt. Ein höherer Luftdruck in der Abgabeleitung führt zu einem sprunghaften Verhalten bzw. durchgehend instabilen Betriebszuständen in dem Verdichter. Auf eine solche Druckentlastung reagiert der Verdichter jedoch mit einem erneuten Druckaufbau, was einen vorwärts gerichteten Fluss zur Folge hat. Solche ständigen Flussumkehrungen führen zu einem instabilen Betriebszustand. Typischerweise erfolgt eine Anpassung der Anforderungen der Brennkraftmaschine an den Verdichter dahingehend, dass Drosselwirkungen und instabile Betriebszustände vermieden werden. Dies erweist sich jedoch insbesondere bei solchen Benzinmotoren, die typischerweise dann gedrosselt werden, wenn das Verhältnis zwischen den höchsten und niedrigsten Luftflussraten groß ist, als problematisch.
Bekannt ist auch eine Bauart von Brennkraftmaschinen als Motor mit variablem Hubraum (VDE), bei denen während niedriger Leistungsabgabe ein Teil der Zylinder deaktiviert ist. Für einen Betrieb derartiger Motoren mit variablem Hubraum mit Aufladung ist vorgeschlagen worden, zwei oder mehrere gesondert mit den aktiven oder inaktiven Zylindern gekoppelte Luftverdichter einzusetzen. Bei einer derartigen Anordnung wird der mit jeweils inaktiven Zylindern gekoppelte Verdichter deaktiviert. Diese Bauart ist jedoch kostenaufwändig und sehr komplex.
Aus der US 53 10 309 A ist ein Zentrifugalverdichter bekannt, der dazu vorgesehen ist, instabile Betriebszustände bei geringen Luftflussraten zu vermeiden. Bei diesem Verdichter sind Statorschaufeln in dem Diffusor vorgesehen. Die Statorschaufeln weisen in Abwärtsstromrichtung geneigte Leitkanten auf und erstrecken sich von einer Seitenplatte zu einer Kernplatte. In Positionen innerhalb der Statorschaufeln sind Hilfsschaufeln vorgesehen. Die Hilfsschaufeln bewirken, dass die Grenze eines instabilen Betriebes auf geringere Luftflüsse verlagert wird. Mittels dieser Schaufeln kann jedoch die Grenze für den instabilen Betrieb nicht so verschoben werden, wie es bei einer großen Verringerung des Luftflusses erforderlich ist, beispielsweise dann, wenn der Verdichter zum Aufladen eines Motors mit variablem Hubraum eingesetzt wird, bei dem dann, wenn einige Zylinder deaktiviert werden, eine drastische Reduzierung des Luftflusses erfolgt. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Ausführungsform besteht darin, dass zusätzliche Produktionsschritte erforderlich sind um einen Verdichter mit Hilfsschaufeln zu versehen.
Die US 3 759 627 A offenbart einen Luftverdichter mit einem Laufrad, das an einer drehbaren Welle in einem Gehäuse angeordnet ist. Von dem Luftrad radial nach außen gedrückte Luft wird zunächst durch flache, leitschaufellose Kanäle gefördert und gelangt dann in verschiedene konische Diffusoren, die in unterschiedliche Richtungen vom Verdichtergehäuse abstehen. Die gesamte aus dem Verdichter austretende Luft wird schließlich in einem Außengehäuse gesammelt und in einer Richtung zu einem Kahler weitergeleitet.
Des Weiteren ist aus der DE 610 726 C eine Kreiselpumpe mit mehreren Auslässen bekannt, an denen Flüssigkeit mit unterschiedlichen Fördermengen und Drucken zur Verfügung gestellt werden soll. Das Laufrad der Kreiselpumpe ist dabei in verschiedene Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers eingeteilt, wobei diese Abschnitte durch eine senkrecht zur Drehachse des Laufrades stehende Trennwand des Gehäuses voneinander separiert werden und den verschiedenen Auslässen der Pumpe zugeordnet sind.
Aus der US 5 310 309 A ist ein Verdichter mit einem einzigen Auslass bekannt, wobei im Diffusor des Verdichters Leitschaufeln angeordnet sind.
Die DE 198 58 771 C2 offenbart eine Brennkraftmaschine mit zwei Gruppen von Zylindern, die jeweils separat von einem Abgasturbolader Versorgt werden, wobei die Trennung der Ladeluft nach dem Auslass des Turboladers erfolgt.
Aus der US 3 953 147 A ist ein gattungsgemäßer Verdichter bekannt, bei dem zur Trennung eines Paars von Diffusoren eine Trennwand vorgesehen ist, mittels derer eine Aufteilung eines durch einen Lufteinlass eintretenden Luftstroms auf die Diffusoren erfolgt. Der bekannte Luftverdichter ist jedoch nicht für die Verwendung in Turboladern von Verbrennungsmotoren – erst recht nicht von Verbrennungsmotoren mit variablem Zylindervolumen bzw. deaktivierbaren Zylindergruppen – konzipiert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen stabilen Betrieb eines Verdichters in einem möglichst großen Motorparameterbereich mit konstruktiv bzw. steuerungstechnisch möglichst geringem Aufwand zu erzielen.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe werden ein Verdichter bzw. einen entsprechenden Verdichter aufweisende Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1, 5 und 7 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 16 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei einem erfindungsgemäßer Verdichter bzw. einer entsprechend ausgebildeten Brennkraftmaschine weist jede der Laufradschaufeln einen sich radial nach innen gerichtet erstreckenden Schlitz auf. Die Trennwand zwischen jedem Paar von Diffusoren erstreckt sich wenigstens teilweise in radialer Richtung in die Schlitze der Laufradschaufeln.
Der Verdichter weist ein Verdichtergehäuse mit einem Lufteinlass und einer Mehrzahl von Luftauslässen auf, die dahingehend ausgebildet sind, dass ihnen Luft von dem Lufteinlass her zugeführt wird. Innerhalb des Verdichtergehäuses ist eine drehbare Welle mit einer Mehrzahl damit in Verbindung stehender Laufradschaufeln vorgesehen. Weiterhin ist eine Mehrzahl von Diffusoren vorgesehen, von denen jeweils einer mit einem der Luftauslässe in Verbindung steht.
Ein derartig ausgestalteter Verdichter weist ein einheitliches Gehäuse mit einer Mehrzahl von Luftauslässen auf.
Bei einem derartigen Verdichter kann weiterhin der aus einem der Luftauslässe kommende Luftfluss relativ zu dem aus den anderen Auslässen bzw. dem anderen Auslass kommenden Luftflüssen bzw. Luftfluss verändert werden. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel kann der Luftfluss aus einem Auslass abgestoppt werden, so dass nur noch ein Luftfluss durch die anderen Auslässe erfolgt. Wenn der Verdichter zwei Luftauslässe aufweist, verdoppelt sich in etwa die Strömungsgeschwindigkeit der aus den nicht verschlossenen Auslässen und dem jeweils zugeordneten Diffusor strömenden Luft infolge der Querschnittsverringerung, und zwar im Vergleich dazu, dass ein Auslass vorgesehen ist. Dies hat zur Folge, dass eine geringere Wahrscheinlichkeit besteht, dass der Betriebszustand des Verdichters instabil wird.
Vorteilhaft bei der Erfindung ist, dass die Grenze für einen Eintritt eines instabilen Betriebszustandes bei einem zwei Luftauslässe aufweisenden Verdichter in Richtung auf einen niedrigeren Luftfluss verschoben wird. Dies erweist sich bei den nachfolgend beispielhaft aufgelisteten Betriebsbedingungen des Motors nützlich: wenn die Motordrehzahl bei geschlossenem Drosselventil niedrig ist oder auch dann, wenn ein Betrieb eines Motors mit variablem Hubraum dann erfolgt, wenn einige der Zylinder deaktiviert sind.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Verdichtereinheit im Ergebnis eine Mehrzahl von Verdichtern in einem Gehäuse aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform kann weiterhin vorgesehen sein, dass ein Separator mit den Laufradschaufeln gekoppelt ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Trennwand im Hinblick auf eine Drehachse der Welle im wesentlichen senkrecht positioniert ist.
Weiterhin kann ein Motor mit variablem Hubraum vorgesehen sein. Der Motor weist eine Mehrzahl von Gruppen von Verbrennungszylindern auf. Ein weiterhin vorgesehener Verdichter weist auf: eine drehbare Welle; ein Verdichtergehäuse, durch welches ein Lufteinlass und eine Mehrzahl von Luftauslässen umschlossen wird; eine innerhalb des Gehäuses drehbar angeordnete Welle; eine Mehrzahl von mit der drehbaren Welle in Verbindung stehenden und innerhalb des Gehäuses angeordneten Laufradschaufeln sowie eine Mehrzahl von in dem Gehäuse über den Umfang verteilt angeordneten Diffusoren, wobei jeder der Diffusoren in Verbindung mit einem entsprechenden Luftauslass der besagten Mehrzahl von Luftauslässen und weiterhin in Verbindung mit einem entsprechenden Zylinder der Gruppe von Verbrennungszylindern steht. Wenn wenigstens eine Gruppe der Verbrennungszylinder deaktiviert wird, hat dies zur Folge, dass der Fluss in den Diffusoren, die den deaktivierten Verbrennungszylindern zugeordnet sind, im wesentlichen gestoppt wird.
Zwischen den beiden Luft-Diffusoren ist eine Trennwand oder Scheidewand angeordnet. Durch die Trennwand wird der Luftfluss so aufgeteilt, dass die Luft bei Austritt aus den Laufradschaufeln aufgeteilt wird. Bei niedrigen Luftflüssen tritt eine Verbesserung der Effizienz des Verdichters dann auf, wenn einer der Auslässe geschlossen ist. In einem der Diffusoren ist der Luftdurchflussquerschnitt kleiner, so dass die Geschwindigkeit der strömenden Luft einen Wert aufweist, bei dem der Diffusor nicht innerhalb des Grenzwertes für einen instabilen Betrieb liegt.
Jede der Laufradschaufeln weist einen sich radial nach innen erstreckenden Schlitz auf. Die Trennwand des Verdichtergehäuses zwischen den Diffusoren derartiger Luftauslässe erstreckt sich radial in die Schlitze der Laufradschaufeln, so dass auf diese Weise zwei Unterverdichter gebildet werden. Der Fluss wird somit im wesentlichen innerhalb des Laufradbereiches aufgeteilt.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verdichterrad einen mit den Laufradschaufeln in Verbindung stehenden Separator auf. Mittels des Separators wird der Luftfluss nahe der Verdichterwelle zum Zwecke einer Verschiebung des Grenzwertes für instabile Betriebszustände auf geringere Luftflüsse aufgeteilt. Bei dieser Ausführungsform wird durch den Separator bewirkt, dass der Fluss im Zuströmbereich der Laufradschaufeln aufgeteilt wird.
Sowohl die bereits beschriebenen Vorteile als auch weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verdichters mit über den Umfang verteilt angeordneten Diffusoren;
2 eine Ansicht des Verdichters gemäß 1 in axialer Richtung gesehen;
3 einen teilweisen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters mit einem Separator;
4 einen teilweisen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verdichters mit einer einen vorstehenden Bereich aufweisenden Trennwand;
5 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Verdichters mit über den Umfang verteilt angeordneten Diffusoren in Achsrichtung gesehen;
6 einen Längsschnitt durch den Verdichter gemäß 5, und
7 eine schematische Darstellung der Verbindung eines Motors mit variablem Hubraum und eines zwei separate Auslässe aufweisenden Verdichters entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt einen Querschnitt durch einen Verdichter 1. Ein eine Welle 2 und ein Laufradschaufeln 4 aufweisendes Verdichterrad 3 sind fest miteinander verbunden. Die Elemente 2, 3 und 4 sind in einem Verdichtergehäuse 5 angeordnet. Der Antrieb der Welle kann auf beliebige Weise erfolgen, vorzugsweise durch die Turbine eines (nicht dargestellten) Turboladers. In dem Verdichtergehäuse 5 sind ein erster Diffusor 6 und ein zweiter Diffusor 7 gebildet. Beide Diffusoren sind durch eine Trennwand 8 voneinander getrennt. Sowohl der Diffusor 6 als auch der Diffusor 7 weisen eine Mehrzahl von Statorschaufeln 9 auf. Durch einen Lufteinlass 10 wird ein Ansaugluftstrom 11 in das Verdichtergehäuse 5 eingezogen und durch die Laufradschaufeln 4 des sich drehenden Verdichterrades 3 beschleunigt. Wenn der Laufrad-Luftstrom 12 die Laufradschaufeln 4 verlässt, wird er in zwei Luftströme geteilt, und zwar strömt ein erster Luftstrom 13 in den ersten Diffusor 6 und ein zweiter Luftstrom 14 in den zweiten Diffusor 7. Obgleich in 1 die Trennwand 8 in einer Mittelstellung mit gleicher Breite der Diffusoren 6 und 7 im Bereich der Statorschaufeln 9 dargestellt ist, kann es auch so sein, dass die Trennwand 8 außermittig angeordnet ist, derart, dass die Weite eines der beiden Diffusoren größer ist als diejenige des anderen. Dies kann der Gegebenheit Rechnung tragen, dass beispielsweise der Verdichter für unter schiedliche Maximalluftströme durch den ersten Diffusor 6 und den zweiten Diffusor 7 ausgebildet ist.
2 zeigt eine schematische Ansicht des Verdichters 1 in Achsrichtung der Verdichterwelle 2. Das Verdichterrad 3 mit den Leitradschaufeln 4 ist mittig in dem Verdichtergehäuse 5 angeordnet und über den Umfang verteilt von den Statorschaufeln 9 in dem ersten Diffusor 6 und dem zweiten Diffusor 7 umgeben. Der erste Diffusor 6 steht mit einem ersten Auslass 15 in Verbindung, durch den der erste Luftstrom bei 13 austritt. Der zweite Diffusor 7 steht mit einem zweiten Auslass 16 in Verbindung, durch den der zweite Luftstrom bei 14 austritt. Aus 2 ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ersichtlich, und zwar sind die Auslässe an unterschiedlichen Umfangspositionen des Verdichtergehäuses 5 vorgesehen. Beide Auslässe können an jeder beliebigen Umfangsposition vorgesehen sein, derart, dass beispielsweise ein leichter Zugang, eine einfache Anschlussmöglichkeit für weitere Leitungen, Rohre und Lufteinlassöffnungen und eine optimale Gestaltung der Bauteilgruppe des Verdichters 1 möglich ist.
Wenn infolge einer Deaktivierung einiger Zylinder eines Motors mit variablem Hubraum (VDE) oder eines Betriebszustandes des Motors mit geringer Strömung nur ein geringer Luftfluß erforderlich ist, wird die zweite Austrittsöffnung 16 geschlossen, wie detaillierter unter Bezugnahme auf 7 beschrieben werden wird. Hier reicht zunächst der Hinweis, dass in Schließstellung der gesamte Ansaugluftstrom 11 durch den ersten Diffusor 6 strömt, während durch den zweiten Diffuser 7 nahezu keine Luft strömt. Somit entspricht der erste Luftstrom 13 in dem ersten Diffusor 6 nahezu dem Ansaugluftstrom 11 und ist somit sehr viel größer als er wäre, wenn die zweite Austrittsöffnung 16 nicht geschlossen wäre. Durch den größeren Luftstrom durch den Diffusor 6 wird ein instabiler Betriebszustand bei niedrigeren Ansaugluftströmungen vermieden, mit der Folge, dass der Grenzwert für einen instabilen Betriebszustand des Verdichters auf niedrigere Grenzwerte Verlagert wird.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verdichters 1 mit einem die Laufradschaufeln 4 durchdringenden Separator 18. Das Verdichterrad 3, der Separator 18 und die Laufradschaufeln 4 sind vorzugsweise einstückig ausgebildet, beispielsweise aus Metallguss, Mittels des Separators 18 werden auf dem Verdichterrad 3 ein erster Luftkanal 19 und ein zweiter Luftkanal 20 gebildet. Dies hat zur Folge, dass der Ansaugluftstrom 11 an der Innenkante 21 des Separators 18 in einen ersten Luftstrom 22 und einen zweiten Luftstrom 23 aufgeteilt wird. An seiner Aussenkante 24 korrespondiert der Separator 18 mit der Innenkante 25 der Trennwand 8, so dass der erste Luftstrom 22 und der zweite Luftstrom 23 jeweils gesondert in den entsprechenden ersten Diffusor 6 und den zweiten Diffusor 7 strömen.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verdichters 1 mit einer sich radial nach innen erstreckenden Trennwand 26 und Laufradschaufeln 27, die jeweils einen Schlitz 28 aufweisen. Ein vorspringender Bereich 29 der Trennwand 26 greift in die Schlitze 28 der Laufradschaufeln 27 ein. In ähnlicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 wird der Ansaugluftstrom 11 an der Innenkante 32 des vorspringenden Bereichs 29 der Trennwand in einen ersten Luftstrom 30 und einen zweiten Luftstrom 31 aufgeteilt.
Wie aus den 5 und 6 ersichtlich, weist ein Verdichter 33 in einem Verdichtergehäuse 34 ein Verdichterrad 3 mit Laufradschaufeln 4 auf. In dem Verdichtergehäuse 34 sind je weils im gleichen Umfangsabstand ein erster Diffusor 35 und ein zweiter Diffusor 36 vorgesehen. Der annähernde Bereich eines jeden Diffusors ist in 5 jeweils unterschiedlich strukturiert dargestellt. Das Verdichterrad 3 ist über den Umfang verteilt von Statorschaufeln 38 umgeben, welche in dem ersten Diffusor 35 und dem zweiten Diffusor 36 angeordnet sind. Der erste Diffusor 35 steht mit einem ersten Auslass 39 in Verbindung, durch welchen der erste Luftstrom 40 austritt. Der zweite Diffusor 36 steht mit einem zweiten Auslass 41 in Verbindung, durch den der zweite Luftstrom austritt. Vorzugsweise sind die Auslässe 39 und 41 – bezogen auf die Achse des Verdichters 33 – einander gegenüberliegend angeordnet. Die Diffusoren 35 und 36 erstrecken sich somit jeweils näherungsweise über die Hälfte des Umfanges. Das Bereichsverhältnis kann jedoch in Abhängigkeit von dem gewünschten Maximalluftstrom durch jeden Diffusor variieren.
7 zeigt eine schematische Darstellung der Kopplung eines Motors mit variablem Hubraum (VDE) mit einem erfindungsgemäßen Verdichter. Ein Motor 43 weist eine erste Gruppe von Zylindern 44 und eine zweite Gruppe von Zylindern 45 auf, von denen die zweite Gruppe von Zylindern 45 deaktivierbar ist. Ein Turboverdichter 46 weist eine Turbine 47 und einen von dieser angetriebenen Verdichter 48 auf. Der Verdichter 48 weist einen ersten Auslass 49 auf, der über eine Fluidleitung 52 (hier Luftleitung) mit der zweiten Gruppe von Zylindern 45 verbunden ist. In der ersten Fluidleitung 50 ist ein Ventil 53 und in der zweiten Fluidleitung 52 ein Ventil 54 angeordnet. Beide Ventile 53 und 54 sind dazu geeignet, den Luftstrom durch die entsprechenden Fluidleitungen gesondert zu steuern. Abgase aus den Zylindern 44 und 45 werden über die Turbine 47 des Turboverdichters 46 einem Abgaskrümmer 55 zugeführt.
Wenn die zweite Gruppe von Zylindern 45 deaktiviert ist, wird der Luftstrom in der zweiten Fluidleitung 52 automatisch unterbrochen, so dass der gesamte Luftstrom in dem Verdichter 48 durch den ersten Auslass 49 und durch die erste Fluidleitung 52 der ersten Gruppe von Zylindern 44 zuströmt. Die den ersten und zweiten Fluidleitungen 51 und 52 zugeleiteten Luftströme werden mittels der Steuerventile 53 und 54 derart gesteuert, dass ein sanfter Übergang der Luftströme erfolgt, wenn die zweite Gruppe von Zylindern 45 aktiviert und deaktiviert wird. Gemäß der Darstellung in 7 sind die Ventile 53 und 54 gesondert von dem Motor 43 angeordnet. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Ventile 53 und 54 als Einlass- und/oder Auslassventile des Motors 43 ausgebildet sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist der Motor 43 als Vierzylindermotor ausgebildet, wobei beispielsweise zwei der Zylinder deaktivierbar sind. Die vorliegende Erfindung kann aber für jegliche Art von Motoren mit variablem Hubraum eingesetzt werden, d.h., für Mehrzylindermotoren, bei denen eine beliebige Anzahl der Zylinder deaktivierbar ist. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung generell bei Brennkraftmaschinen einsetzbar, einschließlich solcher Brennkraftmaschinen ohne variablem Hubraum, bei denen die Rate des Luftflusses über den Arbeitsbereich des Motors größer ist, als unter Berücksichtigung der Grenzen instabiler Betriebszustände und der Drosselwirkungen eines konventionellen Verdichters zur Verfügung gestellt werden kann.
Es wird somit ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Leerlaufdrehzahlregelung beschrieben, welches bzw. welche mittels einer Koordinierung der Steuerung von zwei Betätigungseinrichtungen, nämlich einer Langsam-Betätigungsein richtung und einer Schnell-Betätigungseinrichtung, arbeiten. Die Langsam-Betätigungseinrichtung ist vorzugsweise als Drosselventil ausgebildet, und die Schnell-Betätigungseinrichtung wird vorzugsweise durch ein Zündsystem zur Beeinflussung der Zündzeitpunkteinstellung gebildet. Die Langsam-Betätigungseinrichtung wird in Abhängigkeit von dem an den Leerlauf gestellten Anforderungen und der gewünschten Leerlaufdrehzahl gesteuert. Demgegenüber wird die Schnell-Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von der angeforderten Leerlaufdrehzahl und der aktuellen Leerlaufdrehzahl gesteuert Die Steuerung der beiden Betätigungseinrichtungen erfolgt zusätzlich auf der Basis einer gewünschten Leistungsreserve und einer aktuellen Leistungsreserve. Die Leistungsreserve bezieht sich auf das Verhältnis zwischen der von dem Motor erzeugten Leistung und derjenigen Leistung, welche von dem Motor erbracht würde, wenn die Schnell-Betätigungseinrichtung ihre optimale Stellung einnehmen würde.
Vorstehend wurde ein Verdichter mit zwei Luftauslässen beschrieben. Es versteht sich, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Verdichter zusätzliche, jeweils mit einem Diffusor versehene Auslässe aufweisen kann. Bei derartigen Ausführungsformen kann bzw. können einer der Luftauslässe oder mehrere Luftauslässe geschlossen werden. Hierbei wird in vorteilhafter Weise ein instabiler Betrieb dadurch vermieden, dass der Verdichter genauer an einen größeren Luftstrombereich angepasst werden kann. Dies ist vorzugsweise dann vorteilhaft, wenn ein Motor mit variablem Hubraum eine Mehrzahl von Zylindergruppen aufweist, von denen mehr als einer zu unterschiedlichen Zeiten deaktiviert werden kann.

Claims

Verdichter mit: einem Verdichtergehäuse (5, 34) mit einem Lufteinlass (10) und einer Mehrzahl von Luftauslässen (15, 16; 39, 41); einer in dem Verdichtergehäuse (5, 34) angeordneten drehbaren Welle (2) zum Antreiben eines Verdichterrades (3), mit einer Mehrzahl von Laufradschaufeln (4, 27), welche in dem Verdichtergehäuse (5, 34) angeordnet sind, und einer Mehrzahl innerhalb des Verdichtergehäuses (5, 34) über den Umfang verteilt angeordneter Diffusoren (6, 7; 35, 36), wobei jeder der Diffusoren (6, 7; 35, 36) in Verbindung mit einem der Luftauslässe (15, 16; 39, 41) steht, und wobei zur Trennung eines Paars der genannten Mehrzahl von Diffusoren (6, 7; 35, 36) wenigstens eine Trennwand (26) vorgesehen ist, und mittels der Trennwand (26) eine Aufteilung eines durch den Lufteinlass (10) eintretenden Luftstroms auf die Mehrzahl von Diffusoren (6, 7; 35, 36) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass jede Laufradschaufel (27) wenigstens einen sich radial nach innen erstreckenden Schlitz (28) aufweist, und dass sich die Trennwand (26) zwischen jedem Paar von Diffusoren (6, 7; 35, 36) wenigstens teilweise in radialer Richtung in die Schlitze (28) der Laufradschaufeln (27) erstreckt.
Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Laufradschaufeln (4, 27) wenigstens ein Separator (18) gekoppelt ist, durch den eine Aufteilung eines in den Lufteinlass (10) eintretenden Luftstroms auf die Mehrzahl von Diffusoren (6, 7; 35, 36) erfolgt.
Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (8, 26) im wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Welle (2) verlaufend angeordnet ist.
Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der Diffusoren (6, 7; 35, 36) über den Umfang verteilt Leitschaufeln (9, 38) angeordnet sind.
Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Verbrennungszylindern, gekennzeichnet durch einen Verdichter, der nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch: einen ersten Diffusor (6; 35) und einen zweiten Diffusor (7; 36); ein Verdichtergehäuse (5; 34), in welchem die Welle (2), die Diffusoren (6, 7; 35, 36) und ein Verdichterrad (3) angeordnet sind, und welches einen Lufteinlass (10) und erste und zweite Luftauslässe (15, 16; 39, 41) aufweist, wobei der erste Diffusor (6; 35) mit dem ersten Luftauslass (15; 39) und der zweite Diffusor (7; 36) mit dem zweiten Luftauslass (16; 41) in Verbindung stehen, und einer in dem Gehäuse vorgesehenen Trennwand (26) zur Trennung des ersten und zweiten Diffusors (6, 7; 35, 36).
Brennkraftmaschine, mit mehreren Gruppen von Verbrennungszylindern (44, 45) sowie einem Verdichter (1, 48) mit einer drehbaren Welle (2), einem in Verbindung mit der drehbaren Welle (2) stehenden Verdichterrad (3) mit Laufradschaufeln (4, 27); einer Mehrzahl von Diffusoren (6, 7; 35, 36), und einem Verdichtergehäuse (5, 34), in welchem die Welle (2), die Diffusoren (6, 7; 35, 36) und das Verdichterrad (3) angeordnet sind, wobei das Verdichtergehäuse (5, 34) einen Lufteinlass (10) und eine Mehrzahl von mit dem Lufteinlass (10) in Verbindung stehenden Luftauslässen (15, 16; 39, 41) aufweist, wobei jeder der Diffusoren (6, 7; 35, 36) in einem zugeordneten Luftauslass (15, 16; 39, 41) angeordnet ist, und wobei jede Gruppe von Verbrennungszylindern (44, 45) mit jeweils einem der Luftauslässe in Verbindung steht.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen variablen Hubraum hat.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Gruppen von Verbrennungszylindern (44, 45) deaktivierbar ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Diffusoren (6, 7; 35, 36) in jeweils gleichem Umfangsabstand zu einer Drehachse der Welle (2) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Diffusoren (35, 36) vorgesehen sind, und dass die beiden Diffusoren (35, 36) durch eine Trennwand (26) getrennt sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (26) im wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Welle (2) verlaufend angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradschaufeln (27) jeweils einen sich radial erstreckenden Schlitz (28) aufweisen, und dass die zwischen den beiden Diffusoren (35, 36) vorgesehene Trennwand (26) sich radial in die Schlitze (28) erstreckt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad (3) einen in Verbindung mit den Laufradschaufeln (4) stehenden Separator (18) aufweist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Ventilen (53, 54) vorgesehen ist, und dass jedes der Ventile (53, 54) mit einer der Gruppen von Verbrennungszylindern (44, 45) und einem der Auslässe der Mehrzahl von Luftauslässen (15, 16; 39, 41) in Verbindung steht.
Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise einer Brennkraftmaschine mit variablem Hubraum, mit folgenden Verfahrensschritten: Bereitstellen einer Mehrzahl von Gruppen unabhängig voneinander aktivierbarer Verbrennungszylinder (44, 45); Bereitstellung eines Verdichters (1, 48), welcher aufweist: ein Verdichtergehäuse (5, 34) mit einem Lufteinlass (10) und einer Mehrzahl von Luftauslässen (15, 16; 39, 41); eine in dem Verdichtergehäuse (5, 34) vorgesehene drehbare Welle (2) und ein Verdichterrad (3) mit Laufradschaufeln (4), die in dem Verdichtergehäuse (5, 34) angeordnet sind; eine Mehrzahl von in dem Verdichtergehäuse (5, 34) über den Umfang verteilt angeordnete Diffusoren (6, 7; 35, 36), wobei jeder der Diffusoren mit einem entsprechenden Luftauslass (15, 16; 39, 41) in Verbindung steht und der jeweilige Luftauslass (15, 16; 39, 41) mit einer Gruppe der Verbrennungszylinder (44, 45) in Verbindung steht, und Deaktivieren wenigstens einer Gruppe der Verbrennungszylinder (44, 45), wobei die Strömung in denjenigen Diffusoren (6, 7; 35, 36), die den deaktivierten Verbrennungszylindern zugeordnet sind, unterbrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei in den Verbindungen der Gruppen von Verbrennungszylindern (44, 45) mit den Luftauslässen (15, 16; 39, 41) Ventile (53, 54) ange ordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die in Verbindung mit deaktivierten Verbrennungszylindern (44, 45) stehenden Ventile (53, 54) geschlossen werden.