DE10250302A1 - Swirl generating device for a compressor - Google Patents

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Abstract

The compressor assembly, for a turbocharger at an internal combustion motor, has an inserted spin unit (7) fitted into the housing (3) and/or the air intake (6) and in front of the running wheel (5), to generate a spiral flow towards the wheel. The spin unit is inserted at the junction between the housing and the air intake, with a mounting flange (12) to secure it radially within the housing or the air intake, and fix it axially between the air intake and the housing. An elastic seal (8) is between the air intake and/or the spin unit and the housing.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 eine Drallerzeugungseinrichtung zur drallbeaufschlagten Anströmung eines Verdichterlaufrades eines Verdichters mit einem Verdichtergehäuse und einer Ladeluftsaugleitung insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einer aufgeladenen Brennkraftmaschine.According to the preamble of the invention Claim 1 a swirl generator for swirl inflow a compressor impeller of a compressor with a compressor housing and a charge air suction line especially for a motor vehicle with a supercharged internal combustion engine.

In Hinblick auf eine Leistungssteigerung und/oder zur Verbesserung des Wirkungsgrades sowie auch der Abgasqualität ist es bekannt, Brennkraftmaschinen mit verdichteter Luft zu beaufschlagen; in diesem Zusammenhang haben sich beispielsweise abgasgetriebene Turbolader bewährt.With regard to an increase in performance and / or it is to improve the efficiency as well as the exhaust gas quality known to apply compressed air to internal combustion engines; in this context, for example, have been driven by exhaust gases Turbocharger proven.

Der Betrieb derartiger Verdichter erfolgt aufgrund der besseren Dynamikeigenschaften häufig nahe der Pumpgrenze im Verdichterkennfeld, was allerdings akustische Nachteile in Form sehr störender Zischgeräusche bedingt, gegebenenfalls führt die Instabilität bei länger andauerndem Betrieb in diesem Bereich sogar zu Schäden am Verdichterlaufrad. Ferner ist der Betrieb im Bereich der Pumpgrenze in besonderem Maße verlustbehaftet, so dass sich ein sehr schlechter Wirkungsgrad ergibt.Operation of such compressors is often close due to the better dynamic properties the surge limit in the compressor map, but this is acoustic Disadvantages in the form of very disturbing hissing noises, possibly leads the instability with longer continuous operation in this area can even damage the compressor impeller. Furthermore, the operation in the area of the surge limit is particularly lossy, so that there is a very poor efficiency.

Eine Möglichkeit zur Abhilfe besteht im geregelten Betrieb von Abgasturboladern, wobei zwischen turbinen- und verdichterseitiger Regelung unterschieden wird. Im Rahmen einer verdichterseitigen Regelung können dem Verdichterlaufrad vorgeordnete Luftleitgitter zur Anwendung kommen.There is a way to remedy this in the regulated operation of exhaust gas turbochargers, whereby between turbine and compressor-side regulation is distinguished. As part of a compressor-side regulation can air guide grilles upstream of the compressor impeller come.

Beispielsweise beeinflusst ein verdichtereingangsseitig angeordneter Drallerzeuger am Verdichtereintritt die Strömungsrichtung der Luft derart, dass es im kritischen Kennfeldbereich zu einer Reduktion der Eintrittsstoßverluste am Schaufelrad kommt. Es wird somit eine vorteilhafte Verschiebung der Pumpgrenze in Richtung kleinerer Massenströme erreicht.For example, one affects the compressor inlet side arranged swirl generator at the compressor inlet the flow direction the air in such a way that it becomes a critical map area Reduction of entry impact losses comes on the paddle wheel. It will therefore be an advantageous shift reached the surge limit in the direction of smaller mass flows.

Zu nennen ist in diesem Zusammenhang die DE 42 12 880 A1 , welche ein verstellbares Leitgitter offenbart, dessen Leitschaufeln einen schwenkbaren Leitschaufelteil umfassen. Gemäß der DE 42 12 880 A1 ist dem Verdichter ein Leitschaufelkranz vorgeordnet, welcher ein Gehäuse sowie geteilte Leitschaufeln umfasst. Dieses relativ aufwändig konstruierte Leitgitter muss in Hinblick auf eine abgestimmte Ausgestaltung auch der angrenzenden Komponenten bei der Konzeption des Gesamtsystems mit einbezogen werden, weshalb es nicht möglich ist, das Leitgitter auf einfache Weise in ein bestehendes Verdichtersystem zu integrieren. Das Leitschaufelkranzgehäuse ist außerdem nur ungenügend vom Verdichtergehäuse entkoppelt, so dass das akustische Verhalten problematisch ist. Darüber hinaus sind Herstellung, Montage und Wartung der Anordnung aufgrund der Vielzahl von Einzelteilen mit einem sehr großen Aufwand verbunden.In this context, the DE 42 12 880 A1 , which discloses an adjustable guide vane, the guide vanes of which comprise a pivotable guide vane part. According to the DE 42 12 880 A1 the compressor is preceded by a guide vane ring which comprises a housing and divided guide vanes. This relatively elaborately designed guide grille must also be included in the design of the overall system with regard to a coordinated design, which is why it is not possible to easily integrate the guide grille into an existing compressor system. The guide vane housing is also insufficiently decoupled from the compressor housing, so that the acoustic behavior is problematic. In addition, the manufacture, assembly and maintenance of the arrangement involve a great deal of effort because of the large number of individual parts.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine akustisch optimierte, mit einem guten Wirkungsgrad arbeitende Drallerzeugungseinrichtung bereitzustellen, welche sehr einfach aufgebaut ist und so besonders günstig herzustellen und zu montieren ist und welche auf einfache Weise ohne maßgebliche Änderungen angrenzender Komponenten in ein bestehendes System integrierbar ist.The object of the invention is a acoustically optimized swirl generator with good efficiency to provide, which is very simple and so special cheap to manufacture and is to be assembled and which in a simple manner without significant changes adjacent components can be integrated into an existing system is.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Drallerzeugungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei gemäß der zu Grunde liegenden Idee ein in den stutzenartig ausgebildeten Ladelufteinlass des Verdichtergehäuses und/oder in die Ladeluftsaugleitung einschiebbarer, dem Verdichterlaufrad vorgeordneter Drallerzeuger vorgesehen ist.The task is solved with a swirl generating device with the features of the claim 1, according to the to The basic idea is a charge-air intake that is designed like a nozzle of the compressor housing and / or insertable into the charge air suction line, the compressor impeller upstream swirl generator is provided.

Besonders zu bevorzugende Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Particularly preferred configurations and developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels zufolge ist das Verdichtergehäuse ladeluftsaugseitig zur Verbindung mit der Ladeluftsaugleitung stutzenartig ausgebildet und der Drallerzeuger im Verbindungsbereich zwischen Ladeluftsaugleitung und Verdichtergehäuse angeordnet. Zweckmäßigerweise sind dabei Mittel zur akustischen Entkoppelung der Ladeluftsaugleitung und/oder des Drallerzeugers vom Verdichtergehäuse – wie eine elastische Dichtung zwischen Ladeluftsaugleitung und/oder Drallerzeuger einerseits und Verdichtergehäuse andererseits – vorgesehen.A particularly preferred embodiment according to the compressor casing on the charge air suction side for connection to the charge air suction line, nozzle-like trained and the swirl generator in the connection area between Charge air suction line and compressor housing arranged. Conveniently, are means for acoustic decoupling of the charge air suction line and / or the swirl generator from the compressor housing - like an elastic seal between charge air suction line and / or swirl generator on the one hand and compressor housing on the other hand - provided.

Bevorzugt ist es, wenn der Drallerzeuger einen Befestigungsflansch sowohl zur radialen Festlegung innerhalb der Ladeluftsaugleitung oder des Verdichtergehäuses, wobei der radial äußere Rand des Flansches innenseitig an der Ladeluftsaugleitung oder dem Verdichtergehäuse anliegt, als auch zur axialen Festlegung zwischen Ladeluftsaugleitung und Verdichtergehäuse, wobei die Ladeluftsaugleitung einen mit dem Einlassstutzenende des Verdichtergehäuses korrespondierenden axialgerichteten Absatz aufweist, umfasst.It is preferred if the swirl generator a mounting flange for both radial fixing within the charge air suction line or the compressor housing, the radially outer edge of the flange rests on the inside of the charge air suction line or the compressor housing, as well as for the axial fixing between the charge air suction line and Compressor housing, wherein the charge air suction line one with the inlet end of the compressor housing has corresponding axially directed paragraph.

Bevorzugterweise ist der Drallerzeuger rohrabschnittsförmig mit innenliegenden Leitschaufeln ausgebildet, die Leitschaufeln sind starr angeordnet, wobei gemäß eines ebenfalls bevorzugten Ausführungsbeispiels die Leitschaufeln verstell- und/oder verformbar sind, so dass eine Anpassung entsprechend dem Massedurchsatz erfolgen kann.The swirl generator is preferred tube-shaped section formed with internal guide vanes, the guide vanes are rigidly arranged, according to one also preferred embodiment the guide vanes are adjustable and / or deformable, so that a Adjustment can take place according to the mass throughput.

Sehr zweckmäßig ist es weiterhin in Hinblick auf eine mögliche Resonanzbildung an den Verdichterradschaufeln, wenn der Drallerzeuger eine ungerade Anzahl Leitschaufeln aufweist, so dass einer unerwünschten Resonanzbildung vorgebeugt ist.It is still very useful with regard to a possible Resonance formation on the compressor wheel blades when the swirl generator has an odd number of vanes, making an undesirable one Prevention of resonance is prevented.

Nachfolgend ist ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die einzige 1 dargestellt, welche schematisch und beispielhaft einen Meridianschnitt durch einen Verdichter mit Drallerzeugungseinrichtung zeigt.Below is a particularly preferred embodiment of the invention with reference to the only one 1 shown, which shows schematically and by way of example a meridian section through a compressor with a swirl generating device.

In 1 ist ein Radialverdichter 1 eines hier nicht näher dargestellten Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine mit einer saugseitigen Drallerzeugungseinrichtung 2 dargestellt. Der Verdichter umfasst ein in einem Gehäuse 3 angeordnetes Laufrad 5 mit Laufradschaufeln, welches mittels einer Abgasturbine über eine Welle angetrieben ist. Dabei wird entsprechend der Pfeilrichtung A Ladeluft über eine Ladeluftsaugleitung 6 angesaugt und über einen Diffusorkanal 17 sowie einen Spiralkanal 4 in eine Ladeluftdruckleitung gefördert; gegebenenfalls wird der Ladeluft rückgeführtes Abgas zugemischt.In 1 is a radial compressor 1 of an exhaust gas turbocharger, not shown here, of an internal combustion engine with a suction-side swirl generator 2 shown. The compressor includes one in a housing 3 arranged barrel wheel 5 with impeller blades, which is driven by means of an exhaust gas turbine via a shaft. According to the arrow direction A, charge air is supplied via a charge air suction line 6 sucked in and via a diffuser channel 17 as well as a spiral channel 4 conveyed into a charge air pressure line; if necessary, exhaust gas recirculated is mixed into the charge air.

Um eine drallbeaufschlagte, gerichtete Anströmung der Laufradschaufeln zu erreichen, ist im Anströmbereich ein Drallerzeuger 7 als Einschubteil vorgesehen. Der Drallerzeuger 7 weist einen zylindrischen, rohrabschnittsförmigen Grundkörper 11 mit innenliegenden Leitschaufeln 18 auf und ist in die Ladeluftleitung 6 eingeschoben, so dass die Außenseite des Grundkörpers 11 an der Rohrinnenseite der Ladeluftleitung 6 anliegt. Zur Festlegung des Drallerzeugers 7 insbesondere in axialer Richtung umfasst dieser einen Flansch 12 vorgesehen, dessen ladeluftleitungsseitige Fläche an einem Absatz 13 der Ladeluftleitung 6 anliegt, wohingegen die verdichterseitige Fläche des Flansches 12 mit der Stirnseite einer Dichtung 8 in Verbindung steht. Der Durchmesser des Flansches 12 entspricht in etwa dem Innendurchmesser des aufgeweiteten Endes 15 der Ladeluftleitung 6, so dass auch eine Festlegung in radialer Richtung gegeben ist.In order to achieve a directional flow against the impeller blades subject to swirl, there is a swirl generator in the inflow area 7 provided as a slide-in part. The swirl generator 7 has a cylindrical, tubular section-shaped base body 11 with internal guide vanes 18 on and is in the charge air line 6 inserted so that the outside of the body 11 on the inside of the charge air duct 6 is applied. To determine the swirl generator 7 in the axial direction in particular, this comprises a flange 12 provided, the surface of the charge air line on a shoulder 13 the charge air line 6 is present, whereas the surface of the flange on the compressor side 12 with the face of a seal 8th communicates. The diameter of the flange 12 corresponds approximately to the inside diameter of the widened end 15 the charge air line 6 , so that there is also a definition in the radial direction.

Das Verdichtergehäuse 3 ist ladelufteinlassseitig rohrstutzenartig ausgebildet, wobei der Endbereich 10 des Stutzens 16 außenseitig einen verringerten Durchmesser aufweist, auf welchen die gummielastische Dichtung 8 aufgeschoben ist. Die Dichtung 8 steht dabei in Richtung des Flansches 12 des Drallerzeugers 7 über das Ende 14 des Stutzens 16 über, so dass der Drallerzeuger 7 vom Verdichtergehäuses 3 entkoppelt ist. Außenseitig weist die Dichtung 8 umlaufende Lamellen 9 auf, welche ein leichtes aufschieben der Ladeluftleitung 6 ermöglichen, jedoch ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung verhindern; zudem wird auf der Flansch 12 mit einer gewissen Vorspannung in axialer Richtung gehalten.The compressor housing 3 is designed like a pipe socket on the charge air inlet side, with the end region 10 of the neck 16 has a reduced diameter on the outside, on which the rubber-elastic seal 8th is postponed. The seal 8th stands in the direction of the flange 12 of the swirl generator 7 about the end 14 of the neck 16 over so the swirl generator 7 from the compressor housing 3 is decoupled. The seal faces on the outside 8th all-round slats 9 on, which is a slight postponement of the charge air line 6 enable, but prevent unintentional loosening of the connection; also on the flange 12 held with a certain preload in the axial direction.

Gemäß der vorliegenden Ausführung umfasst der Drallerzeuger 7 vier bis neun Schaufeln 18, deren Austrittswinkel entsprechend dem Ladeluftmassenstrom zwischen 15° und 75° wählbar ist. Bevorzugt wird eine ungerade Anzahl Schaufeln 18, wodurch die Gefahr einer Resonanzbildung an den Verdichterradschaufeln reduziert ist. Da eine wie in der Figur gezeigt starre Auslegung der Drallerzeugungseinrichtung immer einen Kompromiss zwischen akustischem und Volllast-Verhalten des Verdichter darstellt, sind bevorzugterweise die Schaufeln 18 des Drallerzeugers 7 abhängig vom Massendurchsatz verstell- oder verformbar, wobei zweckmäßigerweise eine Verstellung oder Verformung durch die Gaskraft selbst bewirkt wird.According to the present embodiment, the swirl generator comprises 7 four to nine scoops 18 , the outlet angle of which can be selected between 15 ° and 75 ° according to the charge air mass flow. An odd number of blades is preferred 18 , which reduces the risk of resonance on the compressor impeller blades. Since a rigid design of the swirl generating device as shown in the figure always represents a compromise between acoustic and full load behavior of the compressor, the blades are preferably 18 of the swirl generator 7 adjustable or deformable depending on the mass flow rate, expediently causing an adjustment or deformation by the gas force itself.

Der Drallerzeuger 7 besteht aus einem Kunststoff wie beispielsweise glasfaserverstärktem Polyamid, wobei gegebenenfalls – insbesondere wenn ein Zurückströmen heißer Ladeluft aus dem Verdichter nicht wirksam verhindert werden kann – eine Ausführung aus Metall bevorzugt ist. Aufgrund der bei der Ladeluftverdichtung auftretenden hohen Temperaturen ist das Verdichtergehäuse 3 aus Aluminiumguss gefertigt; das Ladeluftsaugrohr besteht aus glasfaserverstärktem Polyamid.The swirl generator 7 consists of a plastic such as, for example, glass fiber-reinforced polyamide, a design made of metal being preferred, in particular if hot charge air cannot flow back from the compressor. The compressor housing is due to the high temperatures that occur during charge air compression 3 made of cast aluminum; the charge air intake pipe is made of glass fiber reinforced polyamide.

In der vorliegenden 1 ist der Drallerzeuger 7 mit Schaufeln 18 ohne Mittelsteg dargestellt, gemäß einer anderen Ausführungsform wird jedoch auch eine Ausgestaltung mit zentralen Mittelsteg als zweckmäßig angesehen.In the present 1 is the swirl generator 7 with shovels 18 shown without a central web, but according to another embodiment, a configuration with a central central web is also considered to be expedient.

Claims (9)

Drallerzeugungseinrichtung zur drallbeaufschlagten Anströmung eines Verdichterlaufrades eines Verdichters mit einem Verdichtergehäuse und einer Ladeluftsaugleitung, dadurch gekennzeichnet, dass ein in das Verdichtergehäuse (3) und/oder in die Ladeluftsaugleitung (6) einschiebbarer, dem Verdichterlaufrad (5) vorgeordneter Drallerzeuger (7) vorgesehen ist.Swirl generating device for the swirled flow onto a compressor impeller of a compressor with a compressor housing and a charge air suction line, characterized in that a 3 ) and / or into the charge air suction line ( 6 ) insertable, the compressor impeller ( 5 ) upstream swirl generator ( 7 ) is provided. Drallerzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtergehäuse (3) ladeluftsaugseitig zur Verbindung mit der Ladeluftsaugleitung (6) stutzenartig ausgebildet ist und der Drallerzeuger (7) im Verbindungsbereich zwischen Ladeluftsaugleitung (6) und Verdichtergehäuse (3) angeordnet ist.Swirl generating device according to claim 1, characterized in that the compressor housing ( 3 ) on the charge air suction side for connection to the charge air suction line ( 6 ) is designed like a nozzle and the swirl generator ( 7 ) in the connection area between charge air suction line ( 6 ) and compressor housing ( 3 ) is arranged. Drallerzeugungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur akustischen Entkoppelung der Ladeluftsaugleitung (6) und/oder des Drallerzeugers (7) vom Verdichtergehäuse (3) vorgesehen sind.Swirl generating device according to claim 1 or 2, characterized in that means for acoustically decoupling the charge air suction line ( 6 ) and / or the swirl generator ( 7 ) from the compressor housing ( 3 ) are provided. Drallerzeugungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine elastische Dichtung (8) zwischen Ladeluftsaugleitung (6) und/oder Drallerzeuger (7) einerseits und Verdichtergehäuse (3) andererseits vorgesehen ist.Swirl generating device according to claim 3, characterized in that an elastic seal ( 8th ) between charge air suction line ( 6 ) and / or swirl generator ( 7 ) on the one hand and compressor housing ( 3 ) is provided on the other hand. Drallerzeugungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallerzeuger (7) einen Befestigungsflansch (12) sowohl zur radialen Festlegung innerhalb der Ladeluftsaugleitung (6) oder des Verdichtergehäuses (3), als auch zur axialen Festlegung zwischen Ladeluftsaugleitung (6) und Verdichtergehäuse (3) umfasst.Swirl generating device according to one of the preceding claims, characterized in that the swirl generator ( 7 ) a mounting flange ( 12 ) both for radial fixing within the charge air intake pipe ( 6 ) or the compressor housing ( 3 ), as well as for the axial fixing between the charge air suction line ( 6 ) and compressor housing ( 3 ) includes. Drallerzeugungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallerzeuger (7) rohrabschnittsförmig mit innenliegenden Leitschaufeln (18) ausgebildet ist.Swirl generating device according to one of the preceding claims, characterized in that the swirl generator ( 7 ) tubular section with internal guide vanes ( 18 ) is trained. Drallerzeugungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (18) starr angeordnet sind.Swirl generating device according to claim 6, characterized in that the guide vanes ( 18 ) are rigidly arranged. Drallerzeugungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (18) verstell- und/oder verformbar sind.Swirl generating device according to claim 6, characterized in that the guide vanes ( 18 ) are adjustable and / or deformable. Drallerzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine ungerade Anzahl Leitschaufeln (18).Swirl generating device according to one of claims 6 to 8, characterized by an odd number of guide vanes ( 18 ).
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