DE4115805A1

DE4115805A1 - Radialgeblaese mit einem in einem spiralgehaeuse umlaufenden geblaeserad

Info

Publication number: DE4115805A1
Application number: DE4115805A
Authority: DE
Inventors: Heinz Ruebig; Jochen Dipl Ing Goehre; Gerhard Zink
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-05-15
Filing date: 1991-05-15
Publication date: 1992-11-19
Also published as: ITMI921107A1; US5286164A; ITMI921107A0; FR2676511B1; IT1258895B; FR2676511A1; JP3312041B2; JPH05133383A

Description

Stand der Technik

Es sind zwei Methoden bekannt, um die Wirkung des geregelten Drei wege-Katalysators zu erhöhen, nämlich die Abgasrückführung und die Sekundärluftzuführung. Diese minimieren die Entstehung von Stick oxiden bzw. reduzieren den Gehalt an Kohlenmonoxiden und Kohlen wasserstoffe bevor das Abgas überhaupt in den Katalysator gelangt. Bei der Sekundärluftzuführung wird dem Abgasstrang möglichst kurz hinter dem Motor frische Luft zugeleitet, um die beim Verbrennungs vorgang entstandenen Kohlenwasserstoffverbindungen und das Kohlen monoxid zu eliminieren. Dadurch wird eine Nachverbrennung der Abgase bei Temperaturen von über 600°C erreicht. Dem Katalysator wird zudem bei diesem zusätzlichen Verbrennungsvorgang Wärme zugeführt. Dies ist von besonderer Bedeutung beim "Kaltstart", bei dem ein relativ fettes Gemisch gefahren wird, wodurch automatisch die CO- und HC-Anteile in einem überproportionalen Maße erhöht werden. Durch die Sekundärluftzuführung in die heißen Abgase wird praktisch eine Nachverbrennung in Gang gesetzt, in deren Verlauf die im Motor unverbrannten Kohlenmonoxide und Kohlenwasserstoffe nachoxidiert bzw. nachverbrannt werden. Die Sekundärluftzuführung hat aber noch einen weiteren Effekt. Der geregelte Katalysator arbeitet erst ab einer bestimmten Betriebstemperatur optimal. Diese Warmlaufphase kann geraume Zeit dauern, während das Fahrzeug mehrere Kilometer zurücklegt. Die Nachverbrennung durch ein Sekundärluftzuführungs-Sys tem erhöht speziell in dieser Warmlaufphase die Abgastempera turen. Höhere Temperaturen lassen so den G-Katalysator schneller ansprechen. Der G-Katalysator kann seine Aufgabe, Schadstoffe zu konvertieren, früher erfüllen.

Es besteht nun die Schwierigkeit bei der Sekundärluftzuführung ein kompaktes, effektiv arbeitendes Gebläse zu schaffen, welches in der Lage ist, den hohen Druck im Auspuffstrang zu überwinden und eine genügend große Menge Frischluft in den Abgasstrang hineinzudrücken. Dabei ist zu berücksichtigen, daß im Motorraum regelmäßig nur wenig Platz für Zusatzaggregate bereitgestellt werden kann, so daß die kompakte Bauweise für ein leistungsfähiges Gebläse ein besonders wichtiges Kriterium darstellt. Ausgehend von der Überlegung, daß ein Radialgebläse mit einem in einem Spiralgehäuse umlaufenden Gebläse rad ein besonders wirkungsvolles Gebläse darstellt, ist es Ziel der Entwicklung, ein mehrstufiges Radialgebläse zu schaffen, das die geforderten hohen Drücke erreicht. Die Erfindung geht also aus von einem Radialgebläse und der Gattung des Hauptanspruchs. Ein solches einstufiges Gebläse kann aber - bei entsprechendem Frischluftdurch satz - den erforderlichen Druck von mindestens 150 mbar nur erreichen, wenn seine Abmessungen die hier zulässigen Dimensionen deutlich übersteigen oder extrem hohe Drehzahlen zugrundegelegt werden, die aber einen aufwendigen Antrieb erfordern.

Das erfindungsgemäße Gebläse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß es bei kompakter Bauweise, entsprechend den Forderungen an den Enddruck des Gebläses, ohne weiteres möglich ist, der Luftleitkammer eine zweite Gebläse stufe nachzuordnen, die gegebenenfalls über eine zweite Leitkammer den Luftstrom einer weiteren Gebläsestufe zuführt. Die Erfindung macht sich also die hohe Effizienz von Radialgebläsen mit in Spiral gehäusen umlaufenden Gebläserädern zunutze, so daß der erforderliche Druck und die gewünschte Luftmenge auch mit einem kleinbauenden, mehrstufigen Gebläse erreicht werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Radialgebläses möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einer Sekundärluftzuführung durch eine am Luft filter angeschlossene, zum Auspuffstrang führende Sekundärluft leitung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine denkbare Ausführungs form des Radialgebläses, entlang der Linie II-II in den Fig. 3 und 4,

Fig. 3 einen Schnitt durch das Radialgebläse entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt durch das Radial gebläse entlang der Linie IV-IV in Fig. 2 und

Fig. 5 einen Teil schnitt durch das Radialgebläse entlang der Linie V-V in Fig. 3.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Eine in Fig. 1 mit 10 bezeichnete Brennkraftmaschine eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges weist einen Abgasstrang 12 auf, in dem ein G-Katalysator 14 liegt. Das Abgas strömt in Richtung des dort eingezeichneten Pfeiles 16. In Strömungsrichtung des Abgases ist vor dem Katalysator 14 eine sogenannte λ-Sonde 18 angeordnet. Weiter ist ein Gebläse 20 vorgesehen, das über eine Saugleitung 22 mit der Frischluftzuführung 24 für die Brennkraftmaschine 10 leitungsver bunden ist. Dazu ist die Saugleitung 22 mit dem Lufteinlaß für die Brennkraftmaschine 10 verbunden. Von dem Gebläse 20 führt eine Druckleitung 26 zum Abgasstrang 12. Sie mündet in Strömungsrichtung (Pfeil 16) gesehen vor dem Katalysator 14. Weiter ist in der Druck leitung 26 ein Rückschlagventil 28 angeordnet, das bei still gesetztem Gebläse 20 verhindert, daß Abgas in die Frischluftzu führung 24 für die Brennkraftmaschine 10 gelangt. Das Rückschlag ventil 28 kann jedoch im Bedarfsfall durch andere Mittel, beispiels weise durch ein Magnetventil ersetzt werden.

Das Gebläse 20 ist in Fig. 2 in Längsschnitt dargestellt. Es ist, wie insbesondere Fig. 3 zeigt, als Radialgebläse mit einem Spiral gehäuse 30 ausgebildet. Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, weist das Gebläse 20 drei hintereinander geschaltete Gebläsestufen 33, 36, 39 auf. Jede der Gebläsestufen ist so aufgebaut, wie dies im Querschnitt gemäß Fig. 3 dargestellt ist. Das heißt, in dem Spiral gehäuse 30 ist ein Radial-Gebläserad 40 mit Flügeln 41 drehbar angeordnet, dessen Laufrichtung in Fig. 3 durch einen Pfeil 42 angegeben ist. Die erste Gebläsestufe 33 saugt die über die Saug leitung 22 herangeführte Frischluft in Richtung des Pfeiles 44 durch eine Saugöffnung 43 in der Gehäusewand 45 an und beschleunigt diese in radialer Richtung, was durch die Pfeile 46 angedeutet ist. Diese Luft verläßt das Spiralgehäuse 30 über einen Gebläseausgang 49 (Fig. 3). Dieser Gebläseausgang 49 ist wie üblich im wesentlichen tangential ausgerichtet. Er ist aber - im Hinblick auf die Drehebene 53 des Gebläserades 40 so angeordnet, daß seine Achse 55, in Strömungsrichtung (Pfeil 42) gesehen, mit der Drehebene 49 des Gebläserades 40 einen spitzen Winkel α einschließt, der in Strömungsrichtung des Fördermediums konvergiert. Dadurch wird die aus der ersten Gebläsestufe 33 austretende Luft in Richtung der Pfeile 50 in eine ebenfalls als Spiralgehäuse ausgebildete Luftleit kammer 52 überführt, in welcher flügelartige, gehäusefeste Leit elemente 54 angeordnet sind, die sich im wesentlichen radial zu einer in Richtung der Gebläserad-Drehachse ausgerichteten, in einer Zwischenwand 57 des Gehäuses 30 befindlichen Überströmöffnung 56 erstrecken, welche in den zentralen Bereich eines zweiten Spiral gehäuses 58 mündet, in dem ein zweites Gebläserad 60 angeordnet ist. Das Gebläserad 60 entspricht dem Gebläserad 40 gemäß Fig. 3. Weiter entspricht das zweite Spiralgehäuse 58 völlig dem ersten Spiral gehäuse 30. Dort wird durch das zweite Gebläserad 60 die Luft weiter beschleunigt, so daß sie in Richtung des Pfeiles 62 (Fig. 2) zum Gebläseausgang 64 der zweiten Gebläsestufe 36 gelangt und von dort aus in eine zweite Leitkammer 66 mündet. Die zweite Leitkammer 66 ist entsprechend der ersten Leitkammer ebenfalls als Spiralgehäuse ausgebildet.

Die in diese Luftleitkammern eintretende Luft, die durch die Pfeile 50 in Fig. 4 symbolisiert ist, folgt der Luftstrom der Spiralinnen wand 51. Durch die besondere Anordnung der flügelartigen Leit elemente 54 (Fig. 4), die im wesentlichen konzentrisch zu den Über strömöffnungen 56 und radial zu diesen angeordnet sind, ergibt sich bei gleicher Flügellänge, daß die äußeren Enden der Leitflügel 54 mit einem Abstand 66 von der Spiralinnenwand 51 entfernt sind, der sich, ausgehend von der Mündung des Gebläseausgangs 49, in Strömungs richtung (Pfeil 50) der Luft von einem Maximalwert auf Null ändert. Dies ist in Fig. 4 durch den zusätzlich mit der Bezugszahl 59 bezeichneten Leitflügel deutlich, dessen äußeres Ende mit der Spiralinnenwand 51 verbunden ist. Die in der Fig. 4 mit 68 bezeich neten Pfeile machen deutlich, daß die in die Luftleitkammern 52 eintretende Luft in Teilluftströme zerlegt wird, deren Anzahl der Anzahl der Flügel 54 entspricht. Es ist klar, daß beim Ausführungs beispiel die Änderung des Abstandes 66 von den äußeren Enden der Flügel 54 zur Spiralinnenwand 51 gleichmäßig erfolgt, bis sie sich in Strömungsrichtung (Pfeile 50) von einem Maximalwert zum Flügel 55 auf Null ändert. Weiter zeigt Fig. 4, daß die Leitflügel 54 der einströmenden Luft so entgegengekrümmt sind, daß deren angeströmte Brustflächen 70 mit der Spiralinnenwand 51 des Leitkammergehäuses 52 einen stumpfen Winkel β einschließen. Weiter zeigt Fig. 4, daß die inneren Enden der Leitflügel 54 bis nahe an die Überströmöffnung 56 heranreichen.

Aus dem vorgehend Beschriebenen wird deutlich, daß das Radialgebläse 33 zusammen mit seiner Luftleitkammer 52 ein Teilaggregat bildet, dem ein weiteres, entsprechend ausgebildetes Teilaggregat 36, 66 nachgeordnet ist. Wenn die beschleunigte Luft also über den zweiten Gebläseausgang 64 in die zweite Luftleitkammer 66 eintritt, wird sie dort nach innen gelenkt, bis sie zur anderen Überströmöffnung 56 gelangt, wo sie in das dritte Gebläse 39 geleitet wird. In dem Gebläse 39 erfolgt eine weitere Beschleunigung bzw. Verdichtung der Luft. Von dem dritten Gebläse 39 aus tritt die Luft dann in an sich bekannter Weise in tangentialer Richtung aus dem Gebläse aus und tritt in die Druckleitung 26 ein. Es ist klar, daß der dritten Gebläsestufe beim vorliegenden Ausführungsbeispiel keine Luftleit kammer nachgeordnet zu werden braucht, da dort der Luftaustritt aus dem Radialgebläse 20 erfolgt. Der Übergang von der Gebläsestufe 39 in die Druckleitung 26 erfolgt dabei vorzugsweise in der Drehebene des Laufrades 72 der dritten Gebläsestufe 39. Die drei Gebläseräder 40, 60 und 72 sind beim Ausführungsbeispiel auf einer gemeinsamen, durch einen nicht dargestellten Elektromotor angetriebenen Welle 74 drehfest angeordnet, welche eine Verlängerung der Ankerwelle des Elektromotors darstellen kann.

Während des Betriebs des Radialgebläses tritt also die Luft ent sprechend dem Pfeil 44 aus der Saugleitung 22 in die erste Stufe 33 des Radialgebläses 20 ein. Dabei dreht sich die Welle 74 in Richtung des Pfeiles 76. Die einströmende Luft folgt nun den Pfeilen 46, 48 in die zweite Gebläsestufe 36, von wo aus sie den Pfeilen 62 folgend in die dritte Gebläsestufe 39 übertritt und gemäß dem Pfeil 76 in der dritten Gebläsestufe 39 nach außen gelenkt wird und in die Druckleitung 26 gelangt.

Claims

1. Radialgebläse zum Erzeugen eines Luftstromes, der als Sekundär luft dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraft fahrzeuges zugeführt wird, mit einem in einem Spiralgehäuse umlaufenden Gebläserad und einem etwa tangential ausgerichteten Gebläseausgang, dadurch gekennzeichnet, daß der Gebläseausgang (48) mit der Drehebene des Gebläserades (40) einen in Strömungsrichtung der Luft konvergierenden, spitzen Winkel (α) einschließt und in eine Luftleitkammer mündet, in welcher gehäusefeste Leitelemente (54, 55) die einströmende Luft im wesentlichen radial zu einer in Richtung der Gebläserad-Drehachse ausgerichteten Überströmöffnung (56) lenken, die in den zentralen Bereich eines zweiten Spiral gehäuses (30) mündet, in dem ein zweites Gebläserad (60) angeordnet ist.

2. Radialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitkammer (52 bzw. 66) als Spiralgehäuse ausgebildet ist, daß die flügelartigen Leitelemente (54, 55) im wesentlichen konzentrisch zur Überströmöffnung (56) und radial zu dieser angeordnet sind und daß die äußeren Enden der Leitflügel (54, 55) mit einem Abstand (66) von der Spiralinnenwand (51) entfernt sind, der sich, ausgehend von der Mündung des Gebläseausgangs (48, 62), in Strömungsrichtung (Pfeil 50) der Luft von einem Maximalwert auf Null ändert.

3. Radialgebläse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflügel (54, 55) der einströmenden Luft so entgegengekrümmt sind, daß deren angeströmte Brustflächen (70) mit der Spiralinnenwand (51) des Leitkammer-Gehäuses einen stumpfen Winkel (β) einschließen.

4. Radialgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die inneren Enden der Leitflügel (54, 55) bis nahe an die Überströmöffnung (56) heranreichen.

5. Radialgebläse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß sich der Abstand (66) von den äußeren Enden der Leit flügel (54, 55) zur Spiralinnenwand (51) gleichmäßig ändert.

6. Radialgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Radialgebläse (33) zusammen mit der Luftleitkammer (52) ein Teilaggregat bildet, dem ein weiteres, entsprechend aus gebildetes Teilaggregat (36, 66) nachgeordnet ist.

7. Radialgebläse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (20) wenigstens zwei Teilaggregate aufweist, dem in Strömungsrichtung der Luft eine Gebläsestufe (39) nachgeordnet ist, deren Spiralgehäuse eine Ausblasöffnung hat, die mit dem Abgasstrang (12) der Brennkraftmaschine (10) leitungsverbunden ist.

8. Radialgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Gebläse (20) mit einem elektrischen Antriebsmotor wirkverbunden ist.

9. Radialgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die von dem Gebläse (20) zum Abgasstrang (12) führende Druckleitung (26) mit einem Absperrelement (28), vorzugsweise mit einem Rückschlagventil versehen ist.

10. Radialgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Druckleitung (26) in Strömungsrichtung der Abgase gesehen vor einem im Abgasstrang (12) angeordneten Katalysator (14) in die Auspuffleitung (12) mündet.