包括侧通道鼓风机或外围鼓风机的输送装置
文献发布时间:2023-06-19 09:46:20
技术领域
本发明涉及一种输送装置,其包括用于输送输送介质的鼓风机,该鼓风机具体实施为侧通道鼓风机或外围鼓风机。一个优选的应用领域是机动车辆制造。输送装置例如可以用作内燃机的排气系统的次级空气泵,并且尤其用于清洗过滤器或用于挥发性燃料成分的其它存储介质。
背景技术
在汽油发动机的燃料供应系统中,汽化的燃料成分被借助于过滤器收集并经由内燃机的吸入区域供应到内燃机。通常使用的过滤器包括活性炭过滤器(ACF),其存储挥发性燃料成分,并因此清洁当对燃料箱通风时逸出的气体。为了保持过滤器的效果,过滤器必须不时地被清洗从而再生。这通过逆流清洗实现。将清洗气体供应至内燃机的燃烧过程。由于对环境相容性的要求不断提高,装有挥发性燃料成分的过滤器的逆流清洗适宜的操作时间变得越来越短。例如,当车辆停止时,用作车辆的驱动电机的内燃机被关闭。因此,更加重要的是,将内燃机的适于将挥发性燃料成分供应到燃烧过程中的运行状态集中地用于再生过滤器,但是尽可能少地干扰内燃机的燃料混合。
径向鼓风机目前零星地用于清洗气体系统中,以将包含在过滤器清洗气体流中的挥发性燃料成分输送到内燃机的吸入区域中。径向鼓风机以高达60,000rpm的非常高的工作转速运行,以便获得清洗过滤器所需的压力。高的工作转速对鼓风机的电驱动装置、输送轮的平衡质量和部件的公差提出了很高的要求。一个缺点是径向鼓风机的不利的声学特性,特别是由于不平衡而造成的只能以很大花费来控制的结构噪声问题。不平衡引起的结构噪声随转速的平方增加,并且在径向鼓风机所需的50,000至60,000rpm的转速下是巨大的。在将径流式鼓风机安装在汽车车身上时,在声学解耦中必须投入的设计努力和/或费用相应地很大。
侧通道鼓风机和外围鼓风机在它们用于机动车辆所需的工作转速方面明显更有利。它们以20,000rpm的转速运转,因此约为径向鼓风机所需转速水平的三分之一,以便产生足够高的压力来清洗过滤器。这基本上消除了由于不平衡引起的结构噪声问题。基于侧通道原理的清洗气泵可以以相对简单的方式安装在车辆中的安装点上,例如安装在车身上。可以使用相对简单的声学解耦措施来避免车辆内部空间中的声学异常。
一个是优点也是缺点的是非常陡的“输送压力-输送流量”输送特性曲线,这是侧通道鼓风机和外围鼓风机的典型特征。一方面,这使得即使在低工作转速下也能够实现高输送压力。然而,在过载范围内,即在输送特性曲线图的额定点的左侧,随着压力侧的节流增加以及输送流量相关联地减小,鼓风机的输送压力和功率消耗上升到不期望的高值。这也可能导致在燃料箱通风系统中不期望的高压力积累。随着功率消耗增加而增加的鼓风机中的耗散也导致清洗气体的温度升高到不期望的相当高的程度,这在给定要输送的高度易燃的燃料成分(碳氢化合物混合物)的情况下可能变得存在问题。
原则上,在清洗气体系统中使用侧通道鼓风机和外围鼓风机是已知的,例如DE197 09 903 A1和DE 197 40 582 A1。
DE 10 2011 108 763 B4公开了使用侧通道鼓风机作为排气系统的二次空气泵,并提出将侧通道鼓风机具体实施为双流量鼓风机以降低功率消耗。与双流量设计相关的相应输送通道的减小的周向范围建立了输送压力-输送流量特性曲线,该曲线更平坦,但仍线性上升至零输送。
US 3 280 752 B公开了一种侧通道泵,其包括侧通道,用作流动通道元件的翅片伸入该侧通道中。描述了该鼓风机的输送压力-输送流量特性曲线朝向零输送变得平坦。DE21 21 280 A提出在侧通道中设置一个或多个凹槽以实现类似的效果。
US 2007/0160456 A1采用不同的方法。在第一实施例中,从该文献中获知的侧通道鼓风机包括转子轮,该转子轮包括桨叶,该桨叶在其轴向端面上包括局部收缩部。第二实施例的外围鼓风机包括在中断通道中的凹槽,该凹槽将鼓风机的入口与出口分开。在两个实施例中,特别地建立了通过中断通道的泄漏以及由此的输送压力-输送流量特性曲线朝向零输送变得平坦。
用于实现朝向零输送的平坦的输送压力-输送流量特性曲线的已知措施需要相当大的结构花费。这尤其适用于在侧通道或中断通道中布置流动通道翅片,并且原则上在较小程度上也布置凹槽。中断通道中的凹槽以及桨叶的端面上的收缩部具有另外的缺点,即在输送通道的入口区域中的集中的高能流体射流形成在桨叶上的凹槽出口处或收缩部的区域中,并且该切向流体射流穿透进入输送通道中很远。集中的流体射流干扰入口区域中的流动,并且延迟输送通道中的能量传输所需的流体流的旋转分量的扇动。在这方面应当注意,从输送轮到输送通道中的流体的能量传输仅在入口下游的60°至80°的圆周角范围处开始,并且通过从中断通道逸出到输送通道中的流体射流而转移到输送通道中更远处。
发明内容
本发明的目的是提供一种输送装置,其包括用于输送输送介质的鼓风机,其中,该输送装置适于在最小输送需求(在大多数情况下为零需求)和暂时较高输送需求之间变化的操作。
另一个不同的或附加的目的是提供一种输送装置,就其产生结构噪声而言其适于在机动车辆中使用,例如作为二次空气输送装置或尤其是作为清洗气体输送装置。
另一个不同的或附加的目的是提供一种输送装置,其中输送压力-输送流量特性曲线是平坦的,并且相关联地通过使用设计简单的装置来降低功耗。
因此,本发明涉及一种用于输送介质的输送装置,以便例如输送用于排气系统的二次空气,或者尤其是清洗用于机动车辆的燃料供应系统中的挥发性燃料成分的过滤器。输送装置包括用于输送输送介质的鼓风机,该鼓风机具体实施为侧通道鼓风机或外围鼓风机。鼓风机包括壳体和能够在壳体中绕旋转轴线旋转的输送轮。壳体包括用于输送介质的入口和出口、在周向方向上延伸并且包括侧通道的输送通道、以及在周向方向上延伸以用于分离入口和出口的中断通道。入口和出口通向输送通道。输送轮包括桨叶,当输送轮旋转时,桨叶周期性地穿过输送通道和中断通道,以便通过输送通道中的脉冲传输来输送输送介质,并以增加的压力将其排出出口,其中输送介质流动通过入口进入输送通道,如原则上从侧通道鼓风机和外围鼓风机中已知的。
根据本发明,输送装置被配置为使得鼓风机的输送压力-输送流量特性曲线朝向最小输送流量(即,朝着理论零输送的方向,在出口完全关闭时会发生这种情况)变得平坦或甚至下降。
在输送轮的转速恒定的情况下,通过改变鼓风机在压力侧的节流来确定输送压力-输送流量特性曲线。为此,输送通道下游的流动阻力(其有利地是阀,有利地在鼓风机的出口处或附近)从最小阻力变化到最大阻力,该最大阻力特别是可以对应于完全关闭。可以将特性曲线细分为三个范围:过载范围、额定范围和满载范围。额定范围围绕鼓风机的额定工作点或简称为“额定点”延伸。如果从额定范围开始减小压力侧的节流,则鼓风机在其满载范围内运行。如果从额定范围开始增加压力侧的节流,则鼓风机在其过载范围内运行。如果在特性曲线图中,输送流量沿X轴绘制,而鼓风机出口和鼓风机入口之间的输送压力差沿Y轴绘制,则过载范围从左侧延伸到额定范围,而满载范围从右侧延伸到额定范围。当增加在压力侧的节流时,鼓风机随着节流的增加从满荷范围经过额定范围、具体是额定点并且进入过载范围,在过载范围中输送流量下降,而入口压力与出口压力之间的差上升。
在优选的实施例中,输送装置例如通过配置鼓风机的设计而被配置为使得输送压力-输送流量特性曲线随着输送流量减小而连续地上升到额定范围内,并且在过载范围内、有利地在额定范围内的斜度减小。有利地,随着输送流量减小,输送压力-输送流量特性曲线至少连续上升到额定点,并且随着节流继续增加并且输送流量相应地继续减小,其斜度仅在额定点处减小或者仅在其已经通过额定点之后减小。在特性曲线的整个平坦区域或在其一个或多个部分中,特性曲线的斜度仍可大于零。优选地,在整个过载范围内,即在额定范围或额定点的左侧,小于0.2或小于0.1。随着节流增加,斜度也可以变为负值,使得随着节流增加,特性曲线朝向最小输送流量下降。
尽管原则上已知使用侧通道鼓风机和外围鼓风机作为清洗气体输送装置,例如从开头提及的DE 19709903 A1和DE 19740582 A1中获知。然而,由于在包括零输送需求的小输送需求下的特性曲线平坦及相关联地功率消耗降低,根据本发明的输送装置特别适用于清洗和相关联地再生用于挥发性燃料成分的过滤器,这是因为鼓风机在发动机的运行阶段中可以以降低的功率消耗运行,在该运行阶段中不允许清洗气体或仅允许非常小比例的清洗气体与燃料混合物混合。侧通道鼓风机和外围鼓风机表现出比径向鼓风机大得多的动态特性,因为它们通常仅以径向鼓风机的转速的约三分之一运行。由于其平坦的特性曲线,根据本发明的输送装置的鼓风机在较低的转速范围内可以以比传统的侧通道鼓风机和外围鼓风机更高的转速运行,在该较低的转速范围内,鼓风机在用作清洗气体鼓风机的大部分时间运行,使得鼓风机可以在相对短的时间段内在短的时间间隔内加速,在该相对短的时间段内清洗气体可以混入并且因此存在暂时高的输送需求。因此,根据本发明的输送装置的鼓风机在要求低或为零时能够以比传统的侧通道鼓风机和外围鼓风机更高的转速运行,并且在输送需求高时能够以比径向鼓风机更低的转速运行。在其整个工作范围内观察,可以减小转速的范围,从而可以减小在输送需求变化时的响应时间。
在有利的实施例中,在较低转速范围(过载范围)内、在零输送或仅小输送时,输送轮以小于5,000rpm或小于3,000rpm的转速运行,例如以1,000至2,000rpm范围内的转速运行。在高转速范围(满载范围)内,在大输送需求时,其有利地以至少15,000rpm和至多25,000rpm的转速,优选以20,000±2,000rpm的转速操作。
为了使输送压力-输送流量特性曲线变得平坦,本发明提出了若干措施,这些措施可以各自单独地实现为彼此的替代方案,或者还可以以不同的组合一起实现。
在第一实施例中,鼓风机在中断通道的周向长度上在中断通道的通道壁和分别穿过中断通道的输送轮的桨叶之间具有均匀增加的密封间隙。在中断通道的周向长度或角度范围内,桨叶和中断通道在相应桨叶的一个或两个端面上沿着桨叶轴向外边缘形成轴向密封间隙,并且沿着相应桨叶的桨叶径向外边缘形成径向密封间隙。围绕穿过中断通道的桨叶形成的密封间隙从相应桨叶基点沿着桨叶的一个轴向边缘、然后沿着桨叶径向外边缘、然后沿着桨叶的另一个轴向边缘延伸直至桨叶的在桨叶的所述另一个轴向边缘上的基点。
轴向密封间隙各自具有轴向间隙宽度,并且径向密封间隙具有径向间隙宽度。轴向密封间隙中的一个或两个的轴向间隙宽度可以变化。在轴向间隙宽度变化时,轴向间隙宽度仅在相应的轴向密封间隙的长度上沿径向单调地变化,即,相应的轴向密封间隙或者从径向内侧到径向外侧或者从径向外侧到径向内侧轴向变宽,但是不包括任何局部的突起、收缩部或者其它形式的凹部。优选地,两个轴向密封间隙中的每一个在其整个长度上具有恒定的轴向间隙宽度。两个轴向密封间隙的轴向间隙宽度可以不相等或优选地相等。总密封间隙优选地相对于两个轴向密封间隙对称。对于径向密封间隙,在优选实施例中,径向密封间隙的间隙宽度,即径向间隙宽度,是恒定的,但是在任何情况下都不包括任何鳍形突起或凹槽形凹部。密封间隙的均匀增加建立了经由中断通道朝向入口区域的特定泄漏,其中所述泄漏确保了输送压力-输送流量特性曲线变得平坦,并且在适用时朝向最小输送流量和/或理论零输送量不稳定地下降。
如上所述,在桨叶和中断通道的通道壁之间的密封间隙大于确保输送轮自由运动所需的密封间隙。相应的桨叶的左侧端面和/或右侧端面上的轴向间隙宽度和/或桨叶的自由径向端处的径向间隙宽度可特别地至少对应于桨叶与中断通道之间的间隙配合。优选地,间隙宽度中的一个或两个,特别优选地提及的所有三个间隙宽度均大于对应于间隙配合的间隙宽度。
关于桨叶的最大宽度,轴向密封间隙中的一个或两个的轴向间隙宽度和/或径向密封间隙的径向间隙宽度可特别地为最大桨叶宽度的至少3%或至少4%或至少5%,其中平行于输送轮的旋转轴线测量桨叶宽度。在传统的汽车行业的侧通道鼓风机和外围鼓风机中,间隙宽度为最多十分之一或十分之二毫米。在本发明的有利的实施例中,一个或两个轴向密封间隙的轴向间隙宽度和/或径向密封间隙的径向间隙宽度为至少十分之3(三)毫米或至少十分之4(四)毫米或至少十分之5(五)毫米。如果间隙宽度在相应的密封间隙的长度上变化,则在这样的实施例中,相应的密封间隙中的最小间隙宽度有利地为至少十分之3毫米或至少十分之4毫米。
密封间隙的均匀增加还可以通过密封间隙面积与有效桨叶面积之间的比率来准确地表征。密封间隙面积应理解为在转子轮的旋转方向上伸入转子轮的纵向截面中的整个密封间隙面积,其中输送轮的旋转轴线在该纵向截面中延伸。如果桨叶是简单的直的并且精确地径向延伸,则投影平面和桨叶的平面重合。然而,如果桨叶相对于径向倾斜地指向或倒置或者完全倾斜,则情况并非如此。这种桨叶就像投影到精确径向指向的平面桨叶上一样。有效桨叶面积是当输送轮在旋转方向上旋转时相应桨叶在其上作用于输送介质并因此在旋转方向上产生冲击的桨叶面积。密封间隙在桨叶的整个外边缘上延伸,使得桨叶的边缘围绕有效桨叶面积。例如,如果相应的桨叶插入到输送轮的外圆周上的槽中,则桨叶位于槽中的面积不计算为有效桨叶面积。同样,桨叶基点仅理解为桨叶区域上直接在输送轮的外圆周上的点。在有利的实施例中,密封间隙面积与有效桨叶面积之间的该比率为至少0.06或至少0.07。为了尽管存在特定的泄漏也能获得良好的效果,密封间隙面积与有效桨叶面积之间的比率有利地为至多0.25或至多0.20。
作为上述比率的替代或补充,密封间隙的均匀增加可以由密封间隙面积与中断通道的横截面积之间的比率来表征,当输送轮旋转时,桨叶穿过该中断通道。在上述纵向截面中,中断通道具有自由横截面积,该自由横截面积在侧向和径向外侧上由中断通道的通道壁限定,并且在径向内侧上由直线限定,该直线在桨叶的一个轴向外边缘上延伸穿过桨叶基点,并且在桨叶的另一个轴向外边缘上延伸穿过桨叶基点。密封间隙面积与通道的横截面积之间的比率优选地为至少0.05或至少0.06。密封间隙面积与通道的横截面积之间的比率可以为高达0.20或高达0.15,并且优选地高达至多0.13。
由于根据本发明的密封间隙的均匀增加,泄漏流以均匀分布的方式沿着桨叶的边缘流动,有利地以均匀分布的方式在桨叶的整个自由外边缘上流动,从中断通道进入输送通道。泄漏流例如可以基本上以U形或半环形形状围绕桨叶分布。至少在很大程度上避免了对入口附近的输送通道的上游输送部分中的流动的干扰。甚至可以辅助形成旋转流,这意味着能量传递明显更早地开始。相对于包括作为泄漏路径的凹槽的鼓风机,鼓风机的输送速率和有效程度显著增加。
“输送压力-输送流量”输送特性曲线也可以借助于通过旁路中断通道而将鼓风机的高压侧连接到鼓风机的低压侧,使得建立从高压侧到低压侧的泄漏流的旁路而变得平坦。鼓风机的高压侧包括输送通道的下游部分,由此其在输送方向上经由出口延伸直至关闭和/或定量构件,该构件在鼓风机下游接续或直至消耗装置,输送介质借助于鼓风机被供应至该消耗装置。关闭和/或定量元件具体可以是定量阀。低压侧经由入口延伸到输送通道并进入输送通道,并且包括在输送方向上邻接入口的输送通道的上游部分。
旁路可以被具体实施为无源旁路或有源旁路,或者如果适用的话实施为由无源和有源旁路组成的混合形式。如果其被具体实施为无源旁路,旁路的流动阻力仅通过旁路的几何构造来建立,从而借助于流动阻力预先确定的泄漏流确保压力特性曲线变得平坦并且优选地反转。如果其被具体实施为有源旁路,则在该旁路中布置旁通阀。当超过由旁通阀预先确定的阈值压力时,旁通阀突然地或随着压力继续升高而连续地从最小流量的状态转变到最大流量的状态。
附加于或者代替增加的密封间隙,可以实现旁路。
附加于或者代替增加的密封间隙和/或旁路,可以通过限制输入功率(轴功率)来使“输送压力-输送流量”输送特性曲线变得平坦。这样,输送压力可以被限制在鼓风机的期望操作范围内,优选地在过载范围内。例如可以建立输送特性曲线,该输送特性曲线在额定点处呈现最大值并且在过载范围内稳定地减小。如果鼓风机由电动机驱动,则可以限制电动机的电输入功率。特别地,在恒定电压下,可以将电动机的输入电流限制到某一值。用于限制电输入功率的硬件和/或软件可以被安装和/或实现在输送设备内,或者可以是放置在别处的控制器的一部分。
另一个措施是选择桨叶的几何形状。于是,多个桨叶和优选地所有桨叶可以在桨叶的至少一个轴向外边缘上和/或在桨叶的径向外边缘上包括在周向方向上延伸的凸起的圆形轮廓或倾斜的倒角。可替换地或附加地,多个桨叶(优选地所有桨叶)可以包括桨叶的径向外边缘,在平面图中,桨叶的径向外边缘在相应桨叶的前侧上是凸的或凹的,例如圆形的、径向向内或径向向外拱起,或者是多边形的,例如梯形的,或者从一个端面单调地升高到另一个端面。可替换地或附加地,多个桨叶(优选地所有桨叶)可以包括至少一个桨叶部分,在输送轮的轴向图中,该桨叶部分相对于延伸穿过相应桨叶的径向倾斜地指向输送轮的旋转轴线。
“输送压力-输送流量”特性曲线可以仅通过桨叶几何形状而变得平坦。然而,在优选实施例中,与桨叶几何形状相关的一个或多个措施是结合增大的密封间隙和/或旁路和/或限制输入功率(轴功率)的措施来实现的。
另一个措施是将鼓风机具体实施为多流鼓风机,例如双流鼓风机。一种多流量鼓风机,包括第一输送流和第二输送流。鼓风机还包括两个输送流公共的出口,或者用于第一输送流的第一出口和用于第二输送流的第二出口,其中,第一出口和第二出口在相应的输送流的下游彼此连接。第一和第二输送流可以在它们的输送压力-输送流量特性曲线上彼此不同,因此在它们的输送速率上彼此不同。输送流通过出口或连接的出口短路。如果它们的输送速率不同,则至少在确定运行状态下,优选在过载范围内,发生从具有较大输送速率的输送流(主流或第一流)经由共同出口或连接出口到具有较低输送速率的输送流(调节流或第二流)的回流。它们优选地还包括公共入口或用于第一输送流的第一入口和用于第二输送流的第二入口,其中,第一入口和第二入口在相应输送流的上游彼此连接。在这样的实施例中,输送流是并联连接的。特别地,流可以在鼓风机的壳体中或壳体上短路或并联连接。
在多流鼓风机的第一变型中,使用多流输送轮,优选地为双流输送轮,其包括在输送轮的一个端面上的左侧输送流(第一流)和在输送轮的另一端面上的右侧输送流(第二流)。两个输送流彼此分开。它们可以由环绕输送轮的外圆周的输送轮的分离撑杆或由环绕壳体的内圆周的壳体的分离撑杆流体地分离。分离撑杆在左侧输送流和右侧输送流之间轴向延伸。输送流可以包括公共入口,该公共入口有利地出现在围绕输送轮的壳体的内圆周上。然而,替代地,它们也可以各自包括指定的入口,即在壳体的面向左侧输送流的左侧通道面向端部壁上的左侧入口和在壳体的面向右侧输送流的右侧通道面向端部壁上的右侧入口。左侧入口和右侧入口可以在输送通道的上游彼此连接,即,公共供应源可以分叉以形成左侧入口和右侧入口。输送流可以包括公共出口,该公共出口有利地出现在围绕输送轮的壳体的内圆周上。然而,替代地,它们也可以各自包括指定的出口,即在壳体的面向左侧输送流的左侧通道面向端部壁上的左侧出口和在壳体的面向右侧输送流的右侧通道面向端部壁上的右侧出口。左侧出口和右侧出口可以在输送通道的下游彼此连接,即,可以会聚以形成共同的排出口。
通过在左侧和右侧上区分桨叶几何形状和/或通道几何形状,即,输送通道和/或中断通道的几何形状,可以不同地实施左侧输送流和右侧输送流。在这种变型中,左侧输送流和右侧输送流在它们的输送速率上不同。特别地,一个流可以产生比另一个流更大的压力累积。例如,一个流的桨叶可以大于另一个流的桨叶。流中的一个可以包括比另一个更多的桨叶。一个流的输送通道可以在鼓风机的纵向截面中与另一个流的输送通道不同地成形和/或可以大于另一个流的输送通道。一个流的中断通道可以在鼓风机的纵向截面中与另一个流的中断通道不同地成形和/或可以大于另一个流的中断通道。在两个输送通道中的一个中可以实施其它的措施,例如用于降低输送速度的破坏性的几何结构。目的是在内部实现两个输送流之一的输送突变,其中在压力侧上增加节流超过鼓风机的限定工作状态。在显示两个流之间的有效压力差的特性曲线的区域中,具有较高输送速率的输送流与输送轮的旋转方向相反地流过具有较低输送速率的输送流。从具有较高输送速率的输送流到具有较低输送速率的输送流的回流经由公共出口或连接的出口发生。这导致压力的累积下降,并且“输送压力-输送流量”输送特性曲线以限定的方式变得平坦,并且优选地反转。
在多流鼓风机的第二变型中,鼓风机包括主流(第一输送流)和附加的调节流(第二输送流)。在鼓风机的壳体中形成主流和调节流。输送轮是主流的一部分。调节流被具体实施为小于主流。
输送轮可以包括附加的桨叶环,通过该桨叶环形成调节流。可替换地,调节流可以包括具有桨叶的附加输送轮,其中附加输送轮可以与主流的输送轮并排布置在相同的轴上。如果附加的桨叶环布置在主流的输送轮上,则所述输送轮可以包括调节流的桨叶环,其在轴向上与主流的桨叶环平齐并且在径向上位于主流的桨叶环内,或者在外圆周上、例如在具有较小直径的外圆周上相对于主流的桨叶环轴向偏移。
如上面关于第一变型进一步描述的,主流和调节流可以包括公共入口。然而,替代地,它们也可以各自包括指定的入口,即,一个入口用于主流,而另一个入口用于调节流。主流的入口和调节流的入口可以在输送通道的上游彼此连接,即,公共供应源可以分叉以形成主流的入口和调节流的入口。主流和调节流可以包括公共出口。然而,替代地,它们还可以各自包括指定的出口,即,一个出口用于主流和一个出口用于调节流,其中主流的出口和调节流的出口可以在相应的输送通道的下游彼此连接,即,可以会聚以形成共同的排出口。
调节流的特征在于其“输送压力-输送流量”特性曲线的轮廓比主流的轮廓更平坦。在特性曲线的围绕额定点的区域中,出现输送的变化,并且调节流与旋转方向相反地循环。在超过与所述变化相对应的特定输送压力时,调节流充当旁路,并且使得主流的“输送压力-输送流量”特性曲线以定义的方式变得平坦,并且优选地反转。
在多流鼓风机的第三变型中,第一输送通道(第一流)和第二输送通道(第二输送流)在周向上前后相继地布置在鼓风机的壳体中,并且输送轮一个接一个地穿过它们。通过第一输送通道的角度范围获得第一输送流,并且通过第二输送通道的角度范围获得第二输送流。输送流在它们的输送速率方面不同。为此,输送通道尤其可以是不同的。因此,其中一个输送通道可以绕旋转轴线延伸的角度大于另一个输送通道,和/或其中一个输送通道可以具有比另一个输送通道更大的横截面,和/或可以在其中一个输送通道中实施用于降低输送速率的一种或多种措施。
前后相继布置的输送通道相对于出口短路。它们优选并联连接。前后相继布置的输送通道包括公共出口,或者替代地,每个输送通道包括指定的出口,即,第一出口用于第一输送通道,第二出口用于第二输送通道。如果它们包括第一出口和第二出口,则后者在相应的输送通道的下游彼此连接,即它们会聚以形成共同的排出口。在包括前后相继布置的输送通道以及相应地前后相继布置的输送流的变型中,再次经由出口发生到具有较低输送速率的输送通道中的回流,并且因此“输送压力-输送流量”特性曲线以定义的方式变得平坦,并且优选地反转。如果并联连接,则前后相继布置的输送通道包括公共入口,或者每个输送通道包括指定的入口,即,第一入口用于第一输送通道,第二入口用于第二输送通道。如果它们包括第一入口和第二入口,则第一入口和第二入口在输送通道的上游彼此连接,即,公共供应源分叉至第一入口和第二入口。
在有利的实施例中,输送装置包括定量阀和控制或调节装置,该控制或调节装置被配置为根据其转速控制和/或调节鼓风机,特别是输送轮,并根据其阀状态,即根据其流量控制和/或调节定量阀。定量阀可在最小流量状态(优选是关闭状态)和最大流量状态之间切换。在第一变型中,阀可以在离散的切换状态之间切换,即,它是开关阀。在第二变型中,该阀具体实施为比例阀,并且允许控制流量的阀开度的稳定的、连续的改变。特别地,定量阀可以是电磁开关阀或比例阀,例如脉宽调制阀。脉宽调制的定量阀例如可以以至少5Hz或至少10Hz的时钟频率运行。优选的是,时钟频率在8到12Hz的范围内,例如10Hz。
控制或调节装置可以被配置为当对要输送的介质的要求高时将定量阀设置到大流量的状态,有利地最大流量的状态,并且当要求低时通过在例如15,000至25,000rpm的上转速范围内改变鼓风机的旋转速度来控制和/或调节输送流量,并且在例如至多5,000或至多3,000rpm的下转速范围内操作鼓风机,优选地在下旋转速度范围内以至少基本上恒定的转速操作鼓风机,并且通过改变阀状态来设置输送速率。为了在需求升高时快速加速,有利的是,鼓风机不在其低需求运行状态下停止,而是以至少300rpm或至少500rpm的转速运行。如果通过定量阀设置输送速率,则在关闭阀状态下测量的定量阀两端的压力差有利地很小。在有利的实施例中,鼓风机在该运行状态下以确保定量阀上的所述压力差为至多0.5巴或至多0.3巴或至多0.2巴的转速运行。
在当输送需求大时“通过根据要求在定量阀开启的情况下在上转速范围内改变鼓风机的转速来满足输送需求”与当输送需求低时“通过改变阀状态并在较低转速范围内操作鼓风机来满足输送需求”之间改变的原理可以与本文所公开的任何其它措施相结合。然而,该原理本身也是有利的,而无需如本文所要求保护的“输送压力-输送流量”特性曲线变得平坦。因此,即使没有权利要求1的特征1.3,申请人也保留将独立申请针对此的权利。
本发明的特征也在以下阐述的方面中描述。这些方面以权利要求的方式表达,并且可以代替它们。在这些方面中公开的特征还可以补充和/或限定权利要求以及上述措施,指示关于单独特征的替代方案和/或拓宽权利要求特征。括号中的附图标记表示本发明的实施例,其在以下附图中示出。它们不将在各方面中描述的特征限制为其字面意义,而是相反地指示实现相应特征的优选方式。
方面1.一种用于输送介质的输送装置,例如用于清洗用于挥发性燃料成分的过滤器,包括实施为侧通道鼓风机或外围鼓风机的鼓风机(B),以及可选地用于鼓风机的驱动电机(25),所述鼓风机(B)包括:
1.1壳体(1,2),包括:用于例如清洗空气的输送介质的入口(3)和出口(4);输送通道(5),其在周向方向上延伸并且包括侧通道(6,7);及中断通道(8;9),其在周向方向上延伸以用于分离入口(3)和出口(4);及
1.2输送轮(10),其可以在壳体(1,2)中围绕旋转轴线(R)旋转,并且包括桨叶(13),当输送轮旋转时,桨叶穿过输送通道(5)和中断通道(8;9),
1.3其中,输送装置可选地被配置为使得输送装置或鼓风机(B)的输送压力-输送流量特性曲线朝向最小输送流量变得平坦或下降。
方面2.根据前一方面的输送装置,其中,桨叶(13)和中断通道(9)在相应桨叶(13)的一个或两个端面上在中断通道(8)的角度范围上沿着桨叶的轴向外边缘形成轴向密封间隙(21、23),其具有恒定的或径向向前仅单调地优选线性地增加的轴向间隙宽度(W
方面3.根据前述方面中任一项的输送装置,其中,桨叶(13)和中断通道(9)在相应桨叶(13)的一个或两个端面上沿着桨叶的轴向外边缘形成具有轴向间隙宽度(W
方面4.根据前述方面中任一项的输送装置,桨叶(13)和中断通道(9)在相应桨叶(13)的一个或两个端面上沿着桨叶的轴向外边缘形成具有轴向间隙宽度(W
方面5.根据前述方面中任一项的输送装置,其中,桨叶(13)和中断通道(9)在中断通道(9)的角度范围上沿着桨叶外边缘形成密封间隙(20),密封间隙(20)具有间隙宽度(W
方面6.根据前述四个方面中任一项的输送装置,其中,轴向间隙宽度(W
方面7.根据前述方面中任一项的输送装置,其中,输送轮(10)和中断通道(9)在中断通道(9)的角度范围上限定轴向密封间隙(10a),以便朝向径向内侧密封中断通道(9),并且所述轴向密封间隙(10a)在相应桨叶(13)的轴向外边缘上的桨叶基点(14、15)处或在桨叶基点(14、15)的径向外侧上轴向加宽,使得在相应桨叶(13)与中断通道(9)之间获得增大的轴向密封间隙(21、23)。
方面8.根据前述方面的输送装置,其中,由输送轮(10)和中断通道(9)在中断通道(9)的角度范围上限定的轴向密封间隙(10a)在相应的桨叶(13)的基点(14,15)处轴向加宽,使得增大的轴向密封间隙(21,23)在桨叶基点处开始。
方面9.根据前述七个方面中任一项的输送装置,其中,由输送轮(10)和中断通道(9)在中断通道(9)的角度范围上限定的轴向密封间隙(10a)沿轴向突然加宽到增大的轴向密封间隙(21,23),从而形成有利地形成在鼓风机的壳体(1,2)的端面上的轴环。
方面10.根据前述方面中任一项的输送装置,其中:
-输送轮(10)包括外圆周,桨叶(13)从外圆周径向向外突出;
-桨叶(13)各自包括桨叶外边缘,该桨叶外边缘从输送轮(10)的外圆周上的轴向左侧桨叶基点(14)经由相应的桨叶(13)的径向外圆周延伸直至输送轮(10)的外圆周上的轴向右侧桨叶基点(15);
-中断通道(9)和相应的桨叶(13)形成密封间隙(20),密封间隙围绕桨叶外边缘从左侧桨叶基点(14)延伸直至右侧桨叶基点(15);
-密封间隙(20)具有沿输送轮(10)的旋转方向投影到输送轮(10)的纵向截面中的密封间隙面积(A
-相应的桨叶(13)具有沿旋转方向投影到所述纵向截面中的有效桨叶面积(A
-密封间隙面积与有效桨叶面积之间的比率A
方面11.根据前述方面的输送装置,其中,密封间隙面积与有效桨叶面积之间的比率(A
方面12.根据前述方面中任一项的输送装置,其中:
-输送轮(10)具有外圆周,桨叶(13)从该外圆周径向向外突出;
-桨叶(13)各自具有桨叶外边缘,桨叶外边缘从在输送轮(10)的外圆周上的轴向左侧桨叶基点(14)经由相应的桨叶(13)的径向外圆周延伸直至在输送轮(10)的外圆周上的轴向右侧桨叶基点(15);
-中断通道(9)和相应的桨叶(13)形成密封间隙(20),密封间隙围绕桨叶外边缘从左侧桨叶基点(14)延伸直至右侧桨叶基点(15);
-密封间隙(20)具有沿输送轮(10)的旋转方向投影到输送轮(10)的纵向截面中的密封间隙面积(A
-中断通道(9)在同一纵向截面中具有自由横截面积(A
-密封间隙面积与通道横截面积之间的比率A
方面13.根据前述方面的输送装置,其中,密封间隙面积与通道的横截面积之间的比率(A
方面14.根据方面2至13中任一项的输送装置,其中,由相应的桨叶(13)和中断通道(9)限定的密封间隙(20)在相应的桨叶(13)的轴向左侧和右侧具有恒定的轴向宽度(W
方面15.根据前述方面中任一项的输送装置,其中,中断通道(9)在其轴向地彼此面对的侧壁上不包括任何凹部。
方面16.根据前述方面中任一项的输送装置,其中,桨叶(13)在其外边缘上不包括任何轴向凹部或收缩部。
方面17.根据除方面15之外的前述方面中任一项的输送装置,其中,中断通道(8)在中断通道的轴向地彼此面对的侧壁中的至少一个侧壁上和/或在通道的圆周壁中包括一个或多个凹部,例如一个或多个凹槽,所述圆周壁在桨叶(13)的径向外周上围绕输送轮(10)。
方面18.根据除方面16之外的前述方面中任一项的输送装置,其中,桨叶(13)中的几个并且优选地所有桨叶(13)各自包括在至少一个轴向端面上和/或在径向外圆周上的收缩部。
方面19.根据前述方面中任一项的输送装置,其中,桨叶(13)具有在桨叶的至少一个轴向外边缘上和/或在桨叶的径向外边缘上沿周向方向延伸的凸圆形轮廓(16)或倾斜倒角(17)。
方面20.根据前述方面的输送装置,其中,相应的桨叶(13)仅部分地在桨叶的相应的轴向外边缘上和/或在桨叶的径向外边缘上在周向方向上被倒角或是凸圆形的。
方面21.根据前述两个方面中任一项的输送装置,其中,相应的桨叶(13)在桨叶的前侧上包括圆形轮廓(16)或倒角(17),前侧是相对于输送轮(10)的旋转方向或主旋转方向的前侧。
方面22.根据前述三个方面中任一项的输送装置,其中,相应的桨叶(13)在桨叶的后侧上包括圆形轮廓(16)或倒角(17),后侧是相对于输送轮(10)的旋转方向或主旋转方向的后侧。
方面23.根据前述四个方面中任一项的输送装置,其中,相应的桨叶(13)在桨叶的前侧上包括圆形轮廓(16)或倒角(17),前侧是相对于输送轮(10)的旋转方向或主旋转方向的前侧,并且还在桨叶的后侧上包括在周向方向上延伸的另一凸圆形轮廓(16)或倾斜倒角(17),后侧是相对于输送轮(10)的旋转方向或主旋转方向的后侧。
方面24.根据前述五个方面中任一项的输送装置,其中,凸圆形轮廓(16)由指向输送轮(10)的旋转方向的凸圆形部和指向与旋转方向相反的方向的凸圆形部构成,其中,以这种方式构成的圆形轮廓能够在其整个轮廓上稳定地区分。
方面25.根据前述六个方面中任一项的输送装置,其中,相应的桨叶(13)在周向方向上仅在桨叶的一个轴向外边缘上或者在桨叶的两个轴向外边缘上或者仅在桨叶的径向外边缘上包括圆形轮廓(16)或倒角(17)。
方面26.根据方面19至24中任一项的输送装置,其中,相应的桨叶(13)在桨叶的两个轴向外边缘上或者在桨叶的径向外边缘上包括圆形轮廓(16)或倒角(17)。
方面27.根据前述方面中任一项的输送装置,其中,桨叶(13)中的几个并且优选地所有桨叶(13)包括径向外边缘(18),径向外边缘在平面图中在相应的桨叶(13)的前侧上是凸的或凹的,例如圆形的,从两个轴向端面开始径向向内或径向向外拱起,或者是多边形的,例如梯形形状。
方面28.根据方面19至26中任一项的输送装置,其中,桨叶(13)中的几个并且优选地所有桨叶(13)包括径向外边缘(18),径向外边缘在平面图中在相应桨叶(13)的前侧上从相应桨叶(13)的一个轴向端面单调地倾斜或圆形地升高到另一轴向端面。
方面29.根据前述方面中任一项的输送装置,其中,桨叶(13)中的几个并且优选地所有桨叶(13)包括至少一个桨叶部分(19),至少一个桨叶部分在输送轮(10)的轴向视图中以相对于延伸穿过相应的桨叶(13)的径向的倾角
方面30.根据前述方面的输送装置,其中,相应的桨叶(13)或相应的桨叶部分(19)相对于输送轮(10)的旋转方向或主旋转方向沿前向方向倾斜。
方面31.根据前述两个方面中任一项的输送装置,其中,相应的桨叶(13)在轴向视图中包括相对于输送轮(10)的旋转方向或主旋转方向的凹形前侧。
方面32.根据前述三个方面中任一项的输送装置,其中,相应的桨叶(13)反转一次或多次,并且优选地在相对于输送轮(10)的旋转方向或主旋转方向的前向方向上反转一次或多次。
方面33.根据前述四个方面中任一项的输送装置,其中,相应的桨叶(13)至少部分地在前向方向上连续地弯曲。
方面34.根据前述五个方面中任一项的输送装置,其中,倾角
方面35.根据前述方面中任一项的输送装置,包括旁路(30;40a;40b),旁路通过绕过中断通道(8)将鼓风机(B)的高压侧连接至鼓风机(B)的低压侧,其中,高压侧从输送通道(5)经由出口(4)延伸直至关闭或定量构件(106),关闭或定量构件在鼓风机(B)的下游在鼓风机(B)之后并且优选地为定量阀(106),并且低压侧经由入口(3)延伸直至并且进入输送通道(5)。
方面36.根据前述方面中任一项的输送装置,包括旁路(30;40a;40b),旁路通过绕过中断通道(8)将出口(4)或输送通道(5)的靠近出口(4)的下游输送部分(5c)连接到入口(3)或输送通道(5)的靠近入口(3)的上游输送部分(5a)。
方面37.根据前述方面的输送装置,其中,旁路(30;40a;40b)穿过鼓风机(B)的壳体(1,2),并且如果输送装置包括电动机(25),则可选地穿过电动机(25)的电机壳体。
方面38.根据前述三个方面中任一项的输送装置,其中,旁路(30;40a;40b)从从输送通道(5)的下游输送部分(5c)或从出口(4)分支的分叉开口(31;41)延伸直至会聚开口(35;45),会聚开口出现在输送通道(5)的上游输送部分(5a)中或在入口(3)中。
方面39.根据前述四个方面中任一项的输送装置,包括驱动电机(25),驱动电机包括电机壳体(26),其中,电机壳体(26)接合至鼓风机(B)的壳体(1、2),或者鼓风机(B)的壳体(1、2)轴向伸长以同时也形成电机壳体(26),使得驱动电机(25)和鼓风机(B)形成装配单元,并且其中,旁路(30;40a;40B)自包含在装配单元中。
方面40.根据前述五个方面中任一项的输送装置,其中,旁路(30;40a;40B)在中断通道(8)旁边,优选地在轴向平面图中在中断通道(8)旁边,穿过鼓风机(B)的壳体(1,2)。
方面41.根据前述六个方面中任一项的输送装置,包括驱动电机(25),驱动电机布置在鼓风机(B)上并且包括定子(28)、转子(27)和围绕定子和转子的电机壳体(26),其中,旁路(30)的分支(36、37、38)穿过电机壳体(26)。
方面42.根据前述七个方面中任一项的输送装置,其中,旁路(30)作为整体或仅旁路(30)的分支(31-35)在彼此直接面对的鼓风机(B)的壳体(1、2)的端面与输送轮(10)之间轴向地延伸。
方面43.根据前述八个方面中任一项的输送装置,其中,旁路(30)在入口(3)的下游出现在输送通道(5)中,优选地出现在侧通道(6)中。
方面44.根据前述九个方面中任一项的输送装置,其中,旁路(30)在出口(4)的上游从输送通道(5)分支,优选地从侧通道(6)分支。
方面45.根据前述方面中任一项的输送装置,包括:
-分叉开口(31),其在输送通道(5)的沿周向方向延伸的中间输送部分(5b)的下游设置在鼓风机(B)的从中间输送部分(5b)延伸至中断通道(8)的下游输送部分(5c)中;
-会聚开口(35),其在中间输送部分(5b)的上游设置在鼓风机(B)的从中断通道(8)延伸至中间输送部分(5b)的上游输送部分(5a)中;及
-旁路(30),其将分叉开口(31)连接到会聚开口(35),以便在输送流量处于最小值时降低鼓风机(B)的出口(4)处的压力。
方面46.根据前述方面的输送装置,其中,中间输送部分(5b)相对于输送轮(10)的旋转轴线(R)在周向方向上具有至少45°或至少90°或至少120°的角度范围(β)。
方面47.根据前述两个方面中任一项的输送装置,其中,分叉开口(31)出现在其中的下游输送部分(5c)在相对于输送轮(10)的旋转轴线(R)的周向方向上具有从中断通道(8)开始的至多120°或至多90°或至多70°的角度范围(γ)。
方面48.根据前述三个方面中任一项的输送装置,其中,会聚开口(35)出现在其中的上游输送部分(5a)在周向方向上具有从中断通道(8)开始的至多60°或至多45°的角度范围(α)。
方面49.根据前述四个方面中任一项的输送装置,其中,分叉开口(31)设置在输送通道(5)中,优选地设置在侧通道(6)中。
方面50.根据前述五个方面中任一项的输送装置,其中,会聚开口(35)设置在输送通道(5)中,优选地设置在侧通道(6)中。
方面51.根据方面35至50中任一项的输送装置,其中,旁路(30)包括至少一个旁路部分(32、34),至少一个旁路部分形成为壳体(1、2)的面向输送轮(10)的面向端部的表面中的凹部。
方面52.根据方面35至51中任一项的输送装置,包括用于旋转驱动输送轮(10)的轴,其中,旁路(30)包括围绕轴延伸的中心旁路部分(33)。
方面53.根据方面35至52中任一项的输送装置,其中,在旁路(40a;40b)中布置有旁通阀(43),并且当在高压侧上,例如在输送通道(5)的下游输送部分(5c)中或在出口(4)处的输送介质的压力超过预定阈值压力时,旁通阀(43)允许穿过旁路(40a;40b)的流动。
方面54.根据前述方面的输送装置,其中,旁通阀(43)被配置为使得当高压侧上的压力下降到阈值压力以下时,旁通阀阻断旁路(40a;40b)。
方面55.根据前述两个方面中任一项的输送装置,其中,阈值压力是高压侧的压力与低压侧的压力之间的压力差。
方面56.根据前述三个方面中任一项的输送装置,其中,阈值压力为鼓风机(B)的额定输送压力(额定输送点处的输送压力NP)的至少80%或至少90%。
方面57.根据前述四个方面中任一项的输送装置,其中,阈值压力为鼓风机(B)的额定输送压力(额定输送点处的输送压力NP)的至多120%或至多110%。
方面58.根据前述五个方面中任一项的输送装置,其中,在鼓风机(B)的额定输送点(NP)处的输送压力形成阈值压力。
方面59.根据前述六个方面中任一项的输送装置,其中,旁通阀(43)包括能够在最小流量的位置与最大流量的位置之间来回移动的阀元件(46)和用于产生朝向最小流量的位置作用在阀元件(46)上的弹簧力的阀弹簧(47),并且旁通阀(43)被布置成使得高压侧的压力朝向最大流量的位置作用在阀元件(46)上。
方面60.根据前述方面的输送装置,其中,旁通阀(43)包括弹簧室(49),阀弹簧(47)布置在该弹簧室中,并且当旁通阀(43)开启时,旁路(40a;40b)通过弹簧室(49)。
方面61.根据前述八个方面中任一项的输送装置,其中,旁通阀(43)实施为回流阀。
方面62.根据前九个方面中任一项的输送装置,其中,旁路(40a;40b)包括:
-分叉开口(41),分叉开口设置在输送通道(5)的沿周向方向延伸的中间输送部分的下游,在鼓风机(B)的下游输送部分中,下游输送部分从中间输送部分延伸直至出口(4)并且包括出口;及
-会聚开口(45),会聚开口设置在鼓风机(B)的上游输送部分中的中间输送部分的上游,上游输送部分从入口(3)延伸直至中间输送部分并且包括中间输送部分,
其中,旁通阀(43)布置在分叉开口(41)与会聚开口(45)之间,并且被配置为当超过阈值压力时通过旁通中断通道(8)而允许从分叉开口(41)至会聚开口(45)的流量。
方面63.根据前述十个方面中任一项的输送装置,其中,旁通阀(43)布置在鼓风机(B)的壳体(1、2)中或上,或者如果设置有驱动电机(25)则布置在驱动电机的的电机壳体(26)中或上。
方面64.根据前述方面中任一项的输送装置,包括驱动电机(25)和功率限制器,优选地电流限制器,功率限制器用于将能够供应至驱动电机(25)的电功率限制为最大电功率,优选地将电流(I)限制为最大电流。
方面65.根据前述方面的输送装置,其中,鼓风机(B)、驱动电机(25)和功率限制器被布置在输送装置的公共壳体(1、2、26)中。
方面66.根据方面64的输送装置,其中,功率限制器与鼓风机(B)和驱动电机(25)分开布置或被设计成分开布置。
方面67.根据前述三个方面中任一项的输送装置,其中,功率限制器是与驱动电机(25)耦合的控制或调节装置(113)的一部分。
方面68.根据前述四个方面中任一项的输送装置,其中,功率限制器被配置为将电功率限制为用于额定点(NP)处输送的电功率的至多120%或至多110%,并且优选地将电功率限制为用于额定点(NP)处输送的电功率。
方面69.根据前述方面的输送装置,其中,功率限制器被配置为将电功率限制为低于用于额定点(NP)处输送的电功率的水平。
方面70.根据前述六方面中任一项的输送装置,其中,功率限制器被配置为将电功率限制为用于额定点(NP)处输送的电功率的至少80%或至少90%。
方面71.根据前述七个方面中任一项的输送装置,其中,功率限制器被配置为根据驱动电机(25)的转速来设置最大功率。
方面72.根据前述方面中任一项的输送装置,其中,鼓风机(B)包括第一输送流和第二输送流以及两个输送流公共的出口,或者替代地包括用于第一输送流的第一出口和用于第二输送流的第二出口,其中,第一出口和第二出口在相应的输送流的下游彼此连接。
方面73.根据前述方面的输送装置,其中,第一出口和第二出口在仍处于鼓风机(B)的壳体(1,2)内时彼此连接。
方面74.根据前述两个方面中任一项的输送装置,包括两个输送流公共的入口,或者替代地包括用于第一输送流的第一入口和用于第二输送流的第二入口,其中,第一入口和第二入口在相应输送流的上游彼此连接。
方面75.根据前述方面的输送装置,其中,第一入口和第二入口在仍处于鼓风机(B)的壳体(1、2)内时从共同的供应源分支。
方面76.根据前述四个方面中任一项的输送装置,其中,输送流在其输送压力-输送流量特性曲线方面不同,并且因此在其输送速率方面不同,使得当在公共出口或在连接的出口处超过预定的压力差时,经由公共出口或连接的出口发生从具有较高输送速率的输送流到具有较低输送速率的输送流中的回流。
方面77.根据前述方面中任一项的输送装置,包括驱动电机(25)和控制或调节装置(113),控制或调节装置用于控制或调节驱动电机(25),优选地用于向驱动电机(25)提供恒定电压并且控制或调节电流(I)的强度。
方面78.根据前述方面中任一项的输送装置,包括驱动电机(25)和用于控制或调节驱动电机(25)的转速的控制或调节装置(113)。
方面79.根据前述两个方面中任一项的输送装置,其中,输送装置布置在机动车辆中或者设计成安装在机动车辆中,并且控制或调节装置(113)是机动车辆的上级发动机控制器的集成部分。
方面80.根据方面77或方面78的输送装置,其中,输送装置布置在机动车辆中或设计成安装在机动车辆中,并且控制或调节装置(113)与机动车辆的上级发动机控制器分开布置并且包括用于连接至上级发动机控制器的信号输入。
方面81.根据前述四个方面中任一项的输送装置,其中,控制或调节装置(113)被配置为以至多25,000rpm或至多20,000rpm的转速操作鼓风机(B)。
方面82.根据前述五个方面中任一项的输送装置,其中,控制或调节装置(113)被配置为以大于500rpm的转速稳定地操作鼓风机(B)。
方面83.根据前述六个方面中任一项的输送装置,包括与鼓风机(B)连接的定量构件(106),优选地是定量阀(106),其能够借助于控制或调节装置(113)在最小流量状态与最大流量状态之间调整,最小流量状态特别地可以是关闭状态。
方面84.根据前述方面的输送装置,其中,定量构件(106)布置在鼓风机(B)的高压侧。
方面85.根据前述两个方面中任一项的输送装置,其中,定量构件(106)布置在鼓风机(B)的下游并与鼓风机(B)分开。
方面86.根据方面83或方面84的输送装置,其中,定量构件(106)布置在鼓风机(B)的壳体(1,2)上或布置在出口(4)中或直接布置在鼓风机(B)的出口(4)处并且仍在鼓风机(B)的壳体(1,2)内。
方面87.根据前述四个方面中任一项的输送装置,其中,控制或调节装置(113)被配置为当低于输送介质的预定阈值需求时,在至多5,000rpm或至多3,000rpm的下转速范围中操作鼓风机(B),并且借助于定量构件(106)设置输送介质的体积流量。
方面88.根据前述五个方面中任一项的输送装置,其中,控制或调节装置(113)被配置为当超过待输送的介质的预定阈值需求时,在至少10,000rpm或至少15,000rpm的上转速范围中操作鼓风机(B),并且将定量构件(106)设置为最大流量。
方面89.根据方面77至88中任一项的输送装置,包括用于检测由鼓风机(B)输送的质量流量或体积流量和/或输送介质的压力和/或温度的传感器(112),其中,传感器(112)耦合到控制或调节装置(113),以便能够将所测量的质量流量或体积流量或压力或温度作为用于调节鼓风机(B)和/或定量构件(106)的实际值输入到控制或调节装置(113)。
方面90.根据前述方面的输送装置,其中,传感器(112)布置在鼓风机(B)的高压侧。
方面91.根据前述两个方面中任一项的输送装置,其中,传感器(112)布置在鼓风机(B)的下游并且与鼓风机(B)分开。
方面92.根据方面89或方面90的输送装置,其中,传感器(112)布置在鼓风机(B)的壳体(1,2)上或布置在出口(4)中或直接布置在鼓风机(B)的出口(4)处并且仍在鼓风机(B)的壳体(1,2)内。
方面93.根据方面77至92中任一项的输送装置,包括用于切断流体连接的断流安全阀(105),流体连接优选为通风管道(101),流体连接将燃料箱(100)连接至内燃机(110)的吸入区域(107)。
方面94.根据前述方面的输送装置,其中,断流安全阀(105)布置在鼓风机(B)的低压侧上并且与鼓风机(B)分开或布置在鼓风机(B)的壳体(1、2)上或布置在入口(3)中或直接布置在入口(3)处并且已经在鼓风机(B)的壳体(1、2)内。
方面95.根据前述两方面中任一项的输送装置,其中,断流安全阀(105)联接到控制或调节装置(113)或上级控制器,例如机动车的发动机控制器,使得控制或调节装置(113)或上级控制器能够向断流安全阀(105)输入关闭阀的阻断信号。
方面96.根据前述六个方面中任一项的输送装置,包括驱动电机(25)、用于控制或调节驱动电机(25)的控制或调节装置(113)、以及以下部件中的至少一个:
-与鼓风机(B)连接的定量构件(106),其能够借助于控制或调节装置(113)在最小流量状态和最大流量状态之间调整;和/或
-传感器(112),其用于检测由鼓风机(B)输送的质量流量或体积流量和/或输送介质的压力和/或温度,其中,传感器(112)耦合到控制或调节装置(113),以便能够将所测量的质量流量或体积流量或压力或测量温度作为用于调节鼓风机(B)和/或定量构件(106)的实际值输入到控制或调节装置(113);和/或
-断流安全阀(105),用于切断流体连接,流体连接优选为通风管道(101),流体连接将燃料箱(100)连接至内燃机(110)的吸入区域(107)。
方面97.根据前述方面中任一项的输送装置,其中,输送装置用作用于内燃机(110)的清洗装置,并且优选地用作用于机动车辆的驱动电机(110)的清洗装置。
方面98.根据前述方面中任一项的输送装置,其中,输送装置用作清洗装置,清洗装置用于使用清洗气体来清洗用于挥发性燃料成分的过滤器(103),并且鼓风机(B)用作清洗气体鼓风机,优选地用于机动车辆中。
方面99.根据前述两个方面中任一项的输送装置,其中,输送装置包括控制或调节装置(113)或者连接至外部控制或调节装置(113),并且控制或调节装置(113)被配置为根据输入信号,例如传感器信号和/或上级发动机控制器的控制信号,并因此根据机动车辆的驱动电机(110)的吸收清洗气体的能力,来操作鼓风机(B)。
附图说明
下面基于附图描述本发明的实施例。由实施例公开的特征,每个单独地和以特征的任何组合,有利地发展了权利要求和各方面的主题以及上述实施例。
示出了:
图1是用于清洗用于挥发性燃料成分的过滤器的输送装置;
图2是常规侧通道鼓风机和外围鼓风机的特性曲线;
图3是典型径向鼓风机的特性曲线;
图4是包括具有电驱动装置的侧通道鼓风机的输送装置的透视图;
图5是图4的输送装置的侧通道鼓风机的平面图;
图6是图4和图5的侧通道鼓风机的穿过输送通道和中断通道的纵向截面图;
图7是在中断通道的区域中图4和5的侧通道鼓风机,其中在输送轮的桨叶和中断通道之间形成均匀增加的密封间隙;
图8是增加的密封间隙和常规侧通道鼓风机的密封间隙在与图7相同的纵向截面图中的比较;
图9是侧通道鼓风机的纵向截面图,其中提供了旁通中断通道的旁路;
图10是图9的侧通道鼓风机的壳体部分的平面图;
图11是图10的壳体部分的相同平面图;
图12是输送压力-输送流量特性曲线的比较;
图13是电流-消耗特性曲线的比较;
图14是包括旁通阀的外围鼓风机的示意图;
图15是包括集成旁通阀的侧通道鼓风机的平面图和局部截面图;
图16是输送压力-输送流量特性曲线的比较;
图17是电流-消耗特性曲线的比较;
图18是包括具有圆形轴向外边缘的桨叶的输送轮;
图19是图18的细节;
图20是图18的输送轮在径向外圆周上的平面图;
图21是图20的细节;
图22是包括在其轴向外边缘上倒角的桨叶的输送轮的径向外圆周的平面图;
图23是图22的细节;
图24是包括图22和23的倒角的桨叶边缘的输送轮的一部分;
图25是包括在平面图中在桨叶的前侧上凸起的径向外边缘的桨叶;
图26是其中桨叶在其径向外部区域具有倾角的输送轮;
图27是在其电流消耗方面受限的输送装置的输送压力-输送流量特性曲线;及
图28是在这方面受限的输送装置的电流消耗特性曲线。
具体实施方式
图1示出了用于对燃料箱100进行通风并再生用于挥发性燃料成分的过滤器103的输送装置。输送装置包括侧通道鼓风机或外围鼓风机B,用于将清洗气体输送到内燃机110的吸入区域107中,该内燃机尤其可以是机动车辆的驱动电机,即内燃机。内燃机通常是汽油发动机。清洗气体包含与环境空气混合的挥发性燃料成分(其先前存储在过滤器103中并且为了再生而释放)以及来自燃料箱100的挥发性燃料成分。鼓风机B可以在其输送方向上反向,以便也能够使用相同的鼓风机B进行燃料箱泄漏测试。
鼓风机B通过通风管道101连接到燃料箱100,并通过从通风管道101分支的再生管道102连接到过滤器103。过滤器103具体可以是活性炭过滤器。断流安全阀105布置在通风管道101中,相对于朝向内燃机110的输送方向位于过滤器103的接头的下游和鼓风机B的上游。当检测到紧急情况时,例如在车辆碰撞的情况下,断流安全阀105关闭通风管道101,并因此将燃料箱100和过滤器103与鼓风机B分离,具体地是与内燃机110的吸入区域107分离。
过滤器103通过断流阀104连接到外部环境。在清洗操作中,即,当朝向内燃机110输送清洗气体时以及当内燃机110关闭时,断流阀104开启以便能够实现与大气的压力均衡。当对燃料箱100执行泄漏测试时,断流阀104关闭。
通风管道101从鼓风机B通向吸入区域107。通风管道101可以特别地在通常为节流阀的节流构件108的上游出现在通常为吸入管的吸入区域107中。用于由内燃机110吸入的新鲜空气的空气过滤器109可以布置在吸入区域107中,在用于清洗气体的会聚点的上游。增压器111可以布置在清洗气体的会聚点和节流构件108之间。
定量阀106布置在通风管道101中,在朝向内燃机110的流动方向上在鼓风机B的下游并且进入吸入区域107的会聚点处或上游。定量阀106具体可以构成为电定量阀并且优选构成为脉宽调制的定量阀。定量阀106可以是能够在离散切换状态之间切换的开关阀,或者是比例阀。
鼓风机B由电动机驱动。输送装置包括控制或调节装置113,用于控制或调节鼓风机B的驱动电机和定量阀106。控制或调节装置113也可以可选地控制断流阀104和/或断流安全阀105。控制或调节装置113被配置为关于旋转速度和可选地关于旋转方向来控制或调节鼓风机B的电动机。控制或调节装置113还被配置为控制或调节定量阀106。它根据内燃机110的运行状态和/或过滤器103的负载状态进行控制或调节。在有利的实施例中,至少按照其转速根据代表内燃机110的相应运行状态的控制信号来控制或调节鼓风机B。
控制或调节装置113可以布置在鼓风机B的壳体中或壳体上。然而,它也可以替代地与鼓风机B分开布置,并且通过有线连接或者无线地(如果适用的话)连接到电动机。如果内燃机110是机动车辆的内燃机,则控制或调节装置113可以与上级发动机控制器连接或者可以是所述发动机控制器的集成部分。
控制或调节装置113可以被配置为当在过滤器103的负载状态方面没有清洗要求或仅有低清洗要求时和/或当内燃机110当前处于不利于供应清洗气体的运行状态时,将鼓风机B的旋转速度保持为低,例如在1,000至3,000rpm的范围内。控制或调节装置113可以替代地或优选地另外被配置为当由于过滤器103的高负载状态而存在大的清洗要求时和/或当内燃机110处于适于供应清洗气体的运行状态时,增加鼓风机B的旋转速度并且在例如15,000至25,000rpm或15,000至20,000rpm的上转速范围中操作鼓风机B。
控制或调节装置113有利地被配置为当清洗要求高时和/或在内燃机110的有利于供应清洗气体的运行状态下,优选地在上转速范围内,通过改变鼓风机B的转速来控制和/或调节清洗气体的供应。为了在清洗需求低和/或处于内燃机110的不利的运行状态时设置清洗气体流量,控制或调节装置113可以被配置为在鼓风机B在下转速范围中运行时,例如在1,000至3,000rpm的转速范围中运行时,通过定量阀106控制或调节清洗气体的供应直至零输送。控制或调节装置113于是可以被配置为当清洗要求低和/或处于内燃机110的不利于清洗的运行状态时,以小于5,000rpm或小于3,000rpm的恒定低转速驱动鼓风机B,并且仅通过定量阀106来控制或调节清洗气体的供应。另外或替代地,当清洗要求高和/或处于内燃机110的有利于清洗的运行状态时,定量阀106可以完全开启,并且可以仅通过控制或调节鼓风机B的转速来供应清洗气体。
在提及鼓风机B的转速的情况下,这被理解为意味着鼓风机B的输送轮的转速。如果鼓风机B包括多个输送轮,则关于控制和/或调节原理的上述表述适用于每个输送轮的转速。
输送装置可以包括传感器112,其可以具体地布置在鼓风机B和吸入区域107之间的通风管道101中,优选地在鼓风机B和定量阀106之间,以便测量清洗气体在所述点处的质量流量或体积流量或压力或温度,并且将所述测量值提供给控制或调节装置113。在这样的实施例中,控制或调节装置113被具体实施为调节器。它可以与上级控制器,例如发动机控制器连接,或者可以是所述上级控制器的一部分。控制或调节装置113可以根据内燃机110的运行状态和/或负载状态从上级控制器接收作为额定值的引导变量和作为实际值的传感器112的输出信号。当开发为调节器时,控制或调节装置113可以被配置为根据额定值和实际值调节鼓风机B和/或定量阀106。为此,其例如通过求得额定值与实际值之间的差来进行额定/实际比较,并且根据前面所描述的在鼓风机B与定量阀106之间的划分方案,利用根据额定/实际比较而形成的鼓风机B的作动变量和/或根据额定/实际比较而形成的定量阀106的作动变量来调节鼓风机B和/或阀106。
定量阀106可以与鼓风机B分开布置、远离鼓风机B布置或者布置在鼓风机B的壳体上,例如直接布置在出口处或者布置在鼓风机B的壳体中。断流安全阀105可以与鼓风机B分开布置、远离鼓风机B布置或者布置在鼓风机B的壳体上,例如直接布置在入口处或者布置在鼓风机B的壳体中。传感器112可以与鼓风机B分开布置、远离鼓风机B布置或者布置在鼓风机B的壳体上,例如直接布置在出口处或者布置在鼓风机B的壳体中。
如所提及的,鼓风机B是侧通道鼓风机或外围鼓风机。这种类型的鼓风机B在其效率方面可与径向鼓风机(例如通常用于清洗气体输送装置中的鼓风机)大致相当,但具有关键优点,即,其工作转速范围远低于径向鼓风机的工作转速范围,通常约为径向鼓风机的工作转速范围的三分之一。因此,它们在声学特性方面优于径向鼓风机,因为它们的不平衡引起的结构噪声显著低于径向鼓风机的结构噪声。由于它们的较低的转速,存储在鼓风机的旋转质量中的动能小于在径向鼓风机中的动能。这导致有利的动态特性。功率消耗,典型地是电流消耗,是较低的,因为当转速改变时,必须加速和减速较小的质量。因此,侧通道鼓风机或外围鼓风机可以更快速地加速和减速。这对于在机动车辆制造中的使用是关键性有利的。相反,“输送压力-输送流量”特性曲线随着输送流量的减小而显著上升,并且输送压力在零输送时,即当鼓风机出口关闭时达到其最高值。相应地,用于驱动鼓风机的电动机的功率消耗也同样线性地并且以良好的近似性地朝向零输送上升。
图2和图3示出了侧通道鼓风机或外围鼓风机B(图2)和径向鼓风机(图3)的效率η、输送压力Δp和电流消耗I随输送流量
图4以透视图示出了鼓风机B和用于驱动鼓风机B的驱动电机25。图5示出了鼓风机B在背对电动机25的端面上的平面图。
鼓风机B包括壳体部分1和壳体部分2,它们一起形成鼓风机B的壳体1、2。壳体部分2用作壳体部分1的盖子。鼓风机B包括入口3和出口4,用于由鼓风机B输送的介质-在实施例中,是清洗气体。在壳体1、2中布置了输送轮10,使得其可以围绕旋转轴线R旋转,在图5中可以通过入口3看到该输送轮。当如方向箭头所示逆时针旋转驱动输送轮10时,输送介质经由入口3平行于输送轮10的旋转轴线即轴向地流入在壳体1、2中沿周向方向延伸的输送通道中,同时介质经由出口4相对于输送轮10的旋转轴线切向地排出。由于轴向向内流动,实施例的鼓风机B是侧通道鼓风机;如果输送介质在输送轮10的径向外圆周上径向或切向地流动,则它会是外围鼓风机。在本发明的上下文中,术语“鼓风机”旨在等同地包含侧通道鼓风机和外围鼓风机。
电动机25与输送轮10同轴地布置。电动机25的轴尤其可以直接形成用于输送轮10的驱动轴。壳体部分1可以伸长为插座形状,并且其伸长区域可以围绕电动机25。可替换地,电动机25可以布置在其自身的电机壳体内,并且所述电机壳体可以装配在鼓风机B的壳体1、2上。
电动机25从控制或调节装置113(图1)接收其控制信号,并通过控制或调节装置113按照其转速以及可选地其旋转方向进行控制或调节。
图6示出了鼓风机B的纵向截面图。鼓风机B包括共同构成鼓风机B的壳体1、2的壳体部分1和2以及可在壳体1、2中围绕旋转轴线R旋转的输送轮10。多个桨叶13以在圆周上分布的方式,有利地以在圆周上均匀分布的方式布置在输送轮10的径向外圆周上,并且在输送轮10的径向外圆周上径向向外突出。输送轮10的径向外圆周包括径向突出的周向隆起11,桨叶13稍微突出到该隆起中,否则桨叶13就从输送轮10的圆周自由突出。周向隆起11用于将桨叶13稳定地固定在输送轮10上。例如,桨叶13可以放置或插入到周向隆起11中,并且另外以材料配合的方式连接到输送轮10。
在壳体1、2中围绕旋转轴线R在周向方向上前后相继地形成输送通道5和中断通道8,并且在旋转驱动输送轮10时,桨叶周期性地一个接一个地穿过输送通道5和中断通道8。入口3和出口4(图4)通入输送通道5。输送通道5至少从入口3延伸至少直至出口4。中断通道8用于流体地分离入口3和出口4,并且因此围绕位于中断通道8中的桨叶13或每个桨叶13,形成密封间隙24。
输送通道5包括至少一个侧通道,例如从侧通道鼓风机和外围鼓风机中已知的。在该实施例中,输送通道5包括第一侧通道6和第二侧通道7,该第一侧通道沿桨叶13的一个端面在周向方向上从入口3延伸直至出口4,该第二侧通道同样沿桨叶13的另一个端面从入口3延伸直至出口4。在该实施例中,两个侧通道6和7也通过径向通道连接,该径向通道沿着桨叶13的径向外圆周从入口3延伸直至出口4。
当旋转驱动输送轮10时,经由入口3(图4和5)吸入的输送介质沿在相邻桨叶13之间的输送单元被扫除。由于离心力,输送介质在输送单元中沿周向方向径向向外抵靠输送通道5的相对内壁地流动,在该内壁处输送介质轴向向外偏转并且通过相应的侧通道6和7流入追随旋转运动的输送单元中,使得总体上建立围绕桨叶13的螺旋流并且以增大的压力通过出口4排出输送介质。鼓风机B的输送效果基于在桨叶13的前侧(即,在旋转方向上为前侧的侧面)上的旋转流和脉冲传输,它们结合以产生螺旋流。
用于脉冲传输的有效面积,即有效桨叶面积A
从桨叶13径向向内,输送轮10在其两个端面的每一个上包括收缩部12。相应的收缩部12完全环绕旋转轴线R。壳体部分1和2各自通过相应地围绕旋转轴线R的突出部1a和2a与对应的收缩部12接合。这种接合改进了输送通道5和中断通道8上的朝向径向内侧的密封,因为该接合在输送轮10的两个端面的每一个上形成蜿蜒的密封间隙10a,即迷宫式密封。该接合还可用于径向和/或轴向引导输送轮10。
图7和8示出了鼓风机B的第一实施例,其输送压力-输送流量特性曲线朝向零输送变得平坦。仅示出了壳体1、2和输送轮10的径向外部区域,包括改进的、即加宽的中断通道9和相应增加的密封间隙20。除了加宽中断通道9和相关联地增加密封间隙20之外,以这种方式改进的鼓风机B与图4至6的鼓风机B相对应。
每个桨叶13包括自由外边缘,该自由外边缘从位于输送轮10的径向外圆周上的左侧桨叶基点14沿着第一端面延伸,然后沿着径向外圆周延伸,然后沿着桨叶13的另一端面延伸,直至位于输送轮10的径向外圆周上的所述另一端面上的右侧桨叶基点15。从基点14(图7中为左侧桨叶基点)延伸直至右侧桨叶基点15的桨叶的自由外边缘限制了有效桨叶面积A
增大的密封间隙20径向延伸直至桨叶的每个基点14和15的高度,并且在有效桨叶面积A
图8示出了加宽的中断通道9和相应地增大的密封间隙20,并且以虚线示出了中断通道8和密封间隙24以用于比较,例如在传统的侧通道鼓风机和外围鼓风机中会遇到的。传统的密封间隙24的尺寸被设计成使得出口4(图4)出现在其中的输送通道5(图6)的下游端部与入口3出现在其中的输送通道5的上游端部尽可能远地流体分离。相反,传统的密封间隙24的尺寸正好使得确保输送轮10在操作期间预期的条件下的自由运动。
在该实施例中,与传统的密封间隙24相比,增大的密封间隙20沿桨叶的整个外边缘、即从基点14连续地直至基点15、轴向地在两个端面上并且径向地在径向外圆周上变宽。轴向密封间隙21和23各自具有沿轴向测量的轴向间隙宽度W
第一密封间隙21的轴向间隙宽度W
在诸如实施例的有利实施例中,提供加宽的中断通道9以实现增大的密封间隙20。桨叶13在其轴向外桨叶基点14和15处分别具有输送轮10的环形区域的轴向宽度,该环形区域径向向内邻接桨叶13。中断通道9的轴向地跨过相应的桨叶13而彼此面对的相对内壁经由形成在桨叶基点14和15的每一个的高度处的轴环而轴向地后退,以便获得相应的轴向间隙宽度W
轴向密封间隙21和/或轴向密封间隙23在整个相应的密封间隙21和23上具有或各自具有比在输送轮10和中断通道9的轴向面向的内壁区域之间的径向内侧上邻接的轴向密封间隙10a的轴向间隙宽度更大的,并且在有利的实施例中至少是两倍的轴向间隙宽度W
通过增大密封间隙20而经由中断通道9特别设置的泄漏可以特别地由密封间隙面积与有效桨叶面积之间的比率A
图9以纵向截面示出了第二实施例的鼓风机B,旋转轴线R在该纵向截面中延伸。还示出了布置在电机壳体26中的电动机25。电动机25包括转子27和定子28,它们在图9中显示为单个块。电动机25例如可以具体实施为无刷直流或异步电机,适宜地包括集成的旋转角变送器。电机壳体26装配在鼓风机壳体1、2的壳体部分1上。输送轮10直接放置在电机轴上并且不可旋转地连接到电机轴。轴密封件29密封连接输送轮10和电机轴的区域。
为了使输送压力-输送流量特性曲线变得平坦,在第二实施例中设置旁路,通过旁路,输送介质可以通过绕过中断通道,例如传统的中断通道8(图6)或加宽的中断通道9(图7和8),从高压区域流回低压区域。
旁路可以单独设置在鼓风机B的壳体1、2内,或者可以连续地延伸穿过鼓风机壳体1、2和电机壳体26,如图9中的方向箭头所示。图9还指示了旁路如何分叉,使得第一旁路分支在鼓风机壳体1、2中延伸,并且从第一旁路分支出来的旁路分支延伸穿过电机壳体26。在鼓风机壳体1、2中实现的旁路分支尤其可以在输送轮10的面向电动机25的端面上延伸。该第一变型在第二实施例中实现。在替代的第二变型中,类似的旁路可以在输送轮10的背对电动机25的端面上延伸。在第三变型中,一个旁路可以如在第二实施例中那样延伸,并且另一个旁路可以在输送轮10的背对电动机25的端面上延伸,每个旁路各自在壳体1、2内部延伸。在所有三种变型中,附加的旁路或旁路分支可以可选地穿过电机壳体26。
图10以壳体部分1的内侧上的轴向平面图示出了壳体部分1。旁路整体上被称为旁路30。在鼓风机壳体1、2中在输送轮10的面向电动机25的端面上延伸的旁路分支包括在壳体部分1中轴向地面向输送轮10延伸的旁路部分32、33和34。
旁路30包括上游旁路部分32,其在出现在输送通道5的高压区域中的分叉开口31处从输送通道5分支。在图10的平面图中可以看到输送通道5的形成在壳体部分1中的侧通道6。分叉开口31布置在靠近出口4的输送通道5(在这种情况下是侧通道6)的端部区域中。旁路30还包括中心旁路部分33,旁路部分32在其下游端部处出现。下游旁路部分34在从高压区域到低压区域的流动方向上邻接中心旁路部分33,并且在其下游端部处经由会聚开口35出现在输送通道5(在这种情况下是侧通道6)的低压区域中。有利地,旁路部分34出现在包括入口3的输送通道5和/或侧通道6的端部部分中。
旁路部分32和34在生产方面是成本有效的,具体实施为朝向输送轮10轴向开口的连续的直通道部分。旁路部分32和34穿过突出部1a,该突出部除了旁路部分32和34之外,还用于改善输送通道5上沿着突出部1a的轮廓朝向径向内侧的密封。
如已经提到的,在第二实施例中提供了穿过电机壳体26的第二旁路支路。第二旁路分支包括上游旁路部分36和下游旁路部分38,它们各自在中心旁路部分33中出现,由此它们穿过壳体部分1并且建立与电机壳体26的内部空间的连接。可以在图10中看到旁路通道36和38出现的点。在电机壳体26中,以这种方式延伸的旁路30可以在旁路部分37中在较大区域上围绕电动机25,如图9中通过示例所示,使得输送介质可以在其流过旁路分支36、37和38时在相应的较大区域上冷却电动机25,即电动机25的转子27和/或定子28。
图11以与图10相同的平面图示出了壳体部分1的内侧。指示了角度范围α、β和γ,其用于表征分叉开口31和会聚开口35的有利布置。从中断通道8开始并且在输送通道5中沿旋转方向(逆时针)前进,角度范围α、β和γ标记出上游输送部分5a(会聚开口35通入其中)、中间输送部分5b和下游输送部分5c(延伸至中断通道8并且分叉开口31在其中分叉)。因此,中间输出部分5b沿旋转方向延伸至分叉开口31前面的点并且逆着旋转方向延伸至会聚开口35前面的点,即,沿旋转方向最多至分叉开口31并且逆着旋转方向最多至会聚开口35,并且具有角度范围β。上游输送部分5a与中断通道8邻接,并且沿旋转方向和输送方向从中断通道8延伸直至中间输送部5b,并且至少完全越过会聚开口35。输送部分5a具有角度范围α。下游输送部分5c逆着旋转方向和输送方向从中断通道8延伸直至中间输送部分5b并且至少完全越过分叉开口31,并且具有角度范围γ。
旁路30(图9和10)可以包括一个或多个其它旁路部分,各自包括另一分叉开口和/或另一会聚开口。如果两个或更多个分叉开口在输送通道5的高压区域中从输送通道5分支,则下游输送部分5c越过所有这些分叉开口延伸。如果延伸的旁路包括会聚开口35和出现在输送通道5的低压区域中的一个或多个其它会聚开口,则上游输送部分5a越过所有这些会聚开口延伸。
在有利的实施例中,上游输送部分5a具有至多60°或至多45°的角度范围α。下游输送部分5c的角度范围γ优选地为至多120°或至多90°或至多70°。中间输送部分5b在有利地为至少45°或至少90°的角度β上延伸,在该中间输送部分中既不出现用于绕过中断通道8的分叉开口也不出现会聚开口。在优选实施例中,角度范围β为至少120°或至少180°。角度范围α、β和γ可以特别地选择为使得α<45°、β>180°和γ<70°。虽然这是角度范围α、β和γ的优选组合,但是原则上,前面提到的关系也可以根据需要以任何其它组合来实现。然而,关于良好的有效程度,如果至少保持β>180°则是有利的。
在有利的实施例中,角度范围之和α+β+γ大于270°并且优选地大于300°,其对应于输送通道5整体的角度范围。
如果通过旁路30被引导返回的输送介质不是以集中切向射流的形式引入而是径向地或与切向成至少45°的角度引入,则有利于建立螺旋流。在第二实施例中,被引导返回的输送介质径向地或几乎径向地穿过会聚开口35被引导返回输送通道5中,如图10和11所示。
图12和图13示意性地示出了输送压力-输送流量特性曲线
用于特别地设置泄漏的两种措施,即一方面通过增大的密封间隙,另一方面通过旁路,可以彼此独立地实现,或者也可以组合地实现。当组合实现时,可以将密封间隙较小程度地加宽,和/或旁路可以以较大的总体流动阻力实现,和/或可以减小在分叉开口和会聚开口之间的角距离,使得这两种措施组合起来产生期望的输送压力-输送流量特性曲线的平坦化。然而,在简单的至少不是为此的优选实施例中,仅实现了这两种措施中的一种。
图14示意性地示出了第三实施例的鼓风机B。鼓风机B包括在输送通道5的径向外圆周上出现的入口3。因此,鼓风机B是外围鼓风机。在第三实施例中,“输送压力-输送流量”特性曲线借助于旁路40a变得平坦,该旁路像第二实施例的旁路30那样绕过中断通道8(图6)或绕过第一实施例的加宽的中断通道9(图7和8)。与第二实施例不同,旁通阀43布置在旁路40a中。
旁路40a包括上游旁路部分42、下游旁路部分44和当旁通阀43采取打开阀状态时将旁路部分42和44彼此连接的旁通阀43。在有利的实施例中,旁通阀43可以采取关闭状态,在该关闭状态中,其将旁路部分42和44彼此分开,从而阻断旁路40a。原则上,旁通阀43可以在最小流量状态和最大流量状态之间连续或以一个或多个增量不连续地调节,在这种情况下优选地在最小流量和最大流量之间急剧地调节。最小流量的状态可以特别地是关闭状态,但是原则上也可以是旁通阀43允许小流量,即小泄漏流的状态。
旁路40a可以将出口4连接到入口3,其中,分叉开口41出现在出口4中,旁路40a相应地从出口4分支,并且会聚开口45出现在入口3中。在该实施例中,分叉开口41出现在从鼓风机B的壳体突出的出口支撑件中,即旁路40a在出口支撑件的区域中分支,并且会聚开口45出现在从鼓风机B的壳体突出的会聚支撑件中。会聚支撑件和出口支撑件形成鼓风机B的壳体的一部分。有利的是,旁路40a仍形成于鼓风机B的壳体内或壳体上,从而旁路40a不必装配在除鼓风机B之外的安装点,而是可以与鼓风机B作为一个单元而装配。
旁通阀43包括阀元件46,例如阀活塞,和阀弹簧47,该阀弹簧朝向最小流量的位置作用在阀元件46上。在鼓风机B的高压侧上分支出控制管道48,通过该控制管道将输送介质从鼓风机B的高压侧引导到阀元件46,以便克服阀弹簧47的弹簧力将鼓风机B的高压侧的压力施加到阀元件46上。控制管道48例如可以在输送通道5的高压区域中或者在出口4的直接邻接输送通道5的部分中分支。控制管道48也可以改为在出口4处从出口支撑件分支,或者如在实施例中那样从上游旁路部分42分支。鼓风机B的高压侧经由出口4从输送通道5的下游部分延伸直至消耗装置(输送介质借助于鼓风机被供应到该消耗装置),例如,延伸直至图1中的装置的吸入区域107,或者延伸直至关闭和/或定量构件,例如,定量阀106(图1),其可选地在鼓风机B的下游之后。鼓风机B的低压侧包括输送通道5的上游输送部分,并从后者经入口3向上游延伸。因此,在所有的变型中,在高压侧的输送介质的压力和在鼓风机B的低压侧的输送介质的压力之间的压差作用在阀元件46上。
图15示出了根据第四示例实施例的呈现出特定泄漏的鼓风机B。鼓风机B的壳体部分1在壳体部分1的内部端面的轴向视图中示出。可以看到由此暴露的输送通道5的侧通道6。
类似于第三实施例,在第四实施例中,通过暴露在壳体部分1的局部区段中的旁路40b建立特定泄漏。与第三实施例的旁路40a不同,旁路40b在出口4的在输送通道5与从壳体部分1突出的出口支撑件之间延伸的部分中的分叉开口41处从出口4分支。在该实施例中,分叉开口41径向地直接位于中断通道8上方。
旁路40b在输送通道5的与中断通道8邻接的上游输送部分中的会聚开口45处出现。关于第二实施例(图9至11)的会聚开口35所做的描述有利地适用于会聚开口45的布置。原则上,分叉开口41甚至还可以在输送通道5的下游输送部分中出现,其中,关于第二实施例的下游输送部分5c所做的描述适用于这种修改中的下游输送部分。
旁路40b从分叉开口41延伸直至会聚开口45,径向在中断通道8的上方或轴向在中断通道8的旁边,并且可以特别地沿中断通道8的外圆周以窄的径向距离延伸,如在实施例中那样。旁路40b可以由另一壳体部分2(图3)封闭,或者可以有利地完全布置在壳体部分1内,如在实施例中那样。鼓风机B的壳体或仅壳体部分1可以局部地径向加宽,从而在从分叉开口41直到会聚开口45的圆周区域中形成旁路40b。
与第三实施例的旁路40a类似,旁路40b包括上游旁路部分42,其在其分叉开口41处从出口4分支,以及下游旁路部分,其在输送通道5中的其会聚开口45处出现。旁通阀43布置在分叉开口41和会聚开口45之间。
旁通阀43包括阀元件46,其可以在最小流量的位置和最大流量的位置之间来回移动。在最小流量的位置,旁通阀43可以允许一定的小泄漏流或有利地将分叉开口41与会聚开口45分离并且因此中断旁路40b。旁通阀43还包括阀弹簧47,其朝向最小流量的位置向阀元件46施加弹簧力。在分叉开口41和会聚开口45之间存在的压差与阀弹簧47相反地作用。
第四实施例的旁通阀43包括弹簧室49,阀弹簧47布置在该弹簧室中。弹簧室49通过下游旁路部分连接到会聚开口45,并因此被释放压力。
在第四实施例中,旁通阀43具体实施为回流阀,但原则上也可以形成为例如包括阀滑块的阀。阀弹簧47将阀元件46推入阀座46a中。输送介质的弹簧力和相对压力中的每一个都指向阀座46a。如果阀元件46朝向最大流量的位置移动,则输送介质的泄漏流经由分叉开口41流入旁路部分42,并且通过阀座46a以及在阀元件46进入下游旁路部分,并最终通过下游旁路部分的会聚开口45进入输送通道5。
图16和17示意性地示出了包括旁通阀43的鼓风机B(第三实施例和第四实施例)的输送压力-输送流量特性曲线和电流消耗I的特性曲线,分别与传统侧通道鼓风机或外围鼓风机的相应特性曲线进行比较。在每种情况下,根据本发明的鼓风机B的特性曲线以实线示出,而传统鼓风机的特性曲线以虚线示出。可以看出,根据本发明的鼓风机B的“输送压力-输送流量”特性曲线以及相应的“电流消耗-输送流量”特性曲线在满载范围内可以与除了旁通阀43之外相同的可比较鼓风机的特性曲线相对应,即如果旁通阀43在其最小流量状态下中断旁路40a或40B,即如果最小流量状态是关闭状态。
在第三实施例和第四实施例中,可以借助于旁通阀43非常精确地设置泄漏流。相应的旁通阀43被配置为使得阀元件46仅在且总是在超过通过阀弹簧47预先确定的分叉开口41处的压力和会聚开口45处的压力之间的压差时从最小流量的位置朝最大流量的位置移动。相应的旁通阀43尤其可以被配置为使得该阈值压力对应于鼓风机B的额定输送压力的至少80%或至少90%。额定输送压力是在鼓风机B的额定输送点NP处的输送压力。如果该配置使得阈值压力大于鼓风机B的额定输送压力,则在有利的实施例中,阈值压力为额定输送压力的至多120%或至多110%。将旁通阀43配置为使得阈值压力对应于鼓风机B的额定输送压力是特别有利的。
图18示出了包括桨叶13的输送轮10,桨叶13在相应桨叶13的两个轴向外边缘上包括圆形轮廓16。图19以放大图示出了图18的细节。图20是输送轮10的径向外圆周和桨叶13的径向外边缘的平面图。图21是在与图20相同的平面图中的桨叶的轴向外部区域的放大图,使得可以更清楚地看到圆形轮廓16。圆形轮廓16指向由方向箭头指示的旋转方向,即,每个桨叶13的前侧在桨叶的两个轴向外边缘上是圆形的。在改进例中,桨叶13也可以包括仅沿着其轴向外边缘之一的圆形轮廓16。每个桨叶13的前侧可以可选地在桨叶径向外边缘上倒圆。在桨叶径向外边缘上可以设置圆形轮廓16,以代替或补充桨叶轴向外边缘中的一个或两个上的圆形轮廓16。
图22至24示出了包括桨叶13的输送轮10,该桨叶包括倒角17,即倾斜轮廓,而不是在其两个轴向外边缘的前侧上的圆形轮廓16(图18至21)。在一种改进例中,桨叶13也可以在其两个轴向外边缘中的仅一个的前侧上被倒角。在另一改进例中,可以额外地或仅在相应桨叶13的桨叶径向外边缘的前侧上设置倒角17。倒角17可以以与平行于旋转轴线R的轴线成10°至80°的角度指向。
因此,桨叶可以在其整个外边缘上或者仅在其边缘的一个或多个部分中包括圆形轮廓16,或者可以替代地在其整个外边缘上或者仅在其边缘的一个或多个部分中包括倒角17。在改进例中,如在桨叶的整个外边缘上观察的,桨叶13可以在一个或多个桨叶边缘部分中包括圆形轮廓16以及在一个或多个其它桨叶边缘部分中包括倒角17。
桨叶13可以仅在其前侧上包括圆形轮廓16和/或倒角17。可替换地,桨叶13也可在其外边缘上呈凸圆形或倒角。如图20和22的径向平面图所观察的,凸形倒角17可以特别地为梯形或圆锥形。
由于桨叶外边缘的圆形轮廓16和倒角17,桨叶13的密封间隙的沿周向方向设置在中断通道中的面积减小。这种措施也减少了在过载范围内的能量传输,即在压力侧上存在明显节流时,并且因此使输送压力-输送流量特性曲线变得平坦。
图25示出了包括径向外边缘18的桨叶13,该径向外边缘在平面图中在桨叶13的前侧上是凸起的。桨叶的凸边缘18可以是圆锥形或梯形,或者可替换地也可以是径向向外圆形隆起。这种措施也通过中断通道的圆周范围在中断通道中建立了特定的泄漏。
图26示出了包括桨叶13的输送轮10,桨叶相对于延伸穿过旋转轴线R和桨叶的相应基点的径向具有倾角
在改进例中,桨叶13也可以在其整个径向范围内沿前向方向即旋转方向倾斜。在另一改进例中,它们可以在其径向高度上观察时反转多于一次,或者可以连续地或者仅在桨叶的径向外部区域中完全地倾斜。可替代地,桨叶13可以在其整个径向范围内或者仅部分地与旋转方向相反地倾斜。然而,优选的是它们沿前向方向倾斜。如果鼓风机的旋转方向可以优选地反向,则旋转方向被理解为输送轮主要被驱动和/或鼓风机主要被配置的旋转方向。
在上述实施例中,“输送压力-输送流量”特性曲线通过对鼓风机进行几何形状改变和/或通过旁通阀而变得平坦。可替换地或另外,其还可以通过限制电动机25(图3)的功率消耗,特别是电流消耗而变得平坦。
图27和28分别以实线示出了与除了限制之外是相同的传统侧通道鼓风机或外围鼓风机相比的输送装置(鼓风机B和电机)的“输送压力-输送流量”特性曲线和“电流消耗-输送流量”特性曲线,该输送装置包括在电流消耗方面受到限制的电动机25。可比较鼓风机的特性曲线以虚线示出。“输送压力-输送流量”特性曲线实际上可以通过限制功率消耗,有利地限制电流消耗I来根据需要设置。图27示出了不稳定分布的示例,即“输送压力-输送流量”特性曲线在过载范围内从额定点NP处的额定输送压力朝向零输送下降。图28中示出了作为引导变量的电流消耗I的曲线。
根据本发明的措施各自可以在鼓风机B中单独地实现。然而,也可以在同一鼓风机中组合使用仅通过示例单独公开的两种或更多种措施,以获得平坦的且优选反转的输送压力-输送流量特性曲线。在本发明的意义中,“平坦的特性曲线”的描述也包含下降的、即不稳定的特性曲线。一个或多个措施的组合可以有利地具体实施为使得输送压力,即入口3和出口4之间的压差,例如直接穿过中断通道8或9的压差,比额定输送压力高至多20%或至多10%。
附图标记
1 壳体部分
1a 突出部
2 壳体部分,盖
2a 突出部
3 入口
4 出口
5 输送通道
5a 输送部分
5b 中间输送部分
5c 输送部分
6 侧通道
7 侧通道
8 中断通道,传统的
9 加宽的中断通道
10 输送轮
10a 密封间隙
11 周向隆起
12 收缩部
13 桨叶
14 桨叶基点
15 桨叶基点
16 轴向桨叶边缘,倒圆的
17 轴向桨叶边缘,倒角的
18 径向桨叶边缘
19 桨叶倾角
20 增大的密封间隙
21 轴向密封间隙
22 径向密封间隙
23 轴向密封间隙
24 密封间隙,传统的
25 电动机
26 电机壳体
27 转子
28 定子
29 轴密封
30 旁路
31 分叉开口
32 旁路部分
33 旁路部分
34 旁路部分
35 会聚开口
36 旁路部分
37 旁路部分
38 旁路部分
39-
40a 旁路
40b 旁路
41 分叉开口
42 旁路部分
43 旁通阀
44 旁路部分
45 会聚开口
46 阀元件
46a 阀座
47 阀弹簧
48 控制管道
49 弹簧室
50-
..-
99-
100 燃料箱
101 通风管道
102 再生管道
103 过滤器
104 断流阀
105 断流安全阀
106 定量阀
107 吸入区域
108 节流构件
109 空气过滤器
110 内燃机
111 增压器
112 传感器
113 控制或调节装置
A
A
A
B 鼓风机
R 旋转轴线
W
W
α 角度范围
β 角度范围
γ 角度范围