DE10052893A1 - Vorrichtung zur Verbesserung des Wirkungsgrads von vorzugsweise in Kraftfahrzeugen eingebauten Strömungsmaschinen - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung bzw. Anordnung zur Verbesserung des Wirkungsgrades von vorzugsweise in Kraftfahrzeugen eingebauten Strömungsmaschinen, wie z. B. von Turboladern, die mit einem Zulauf- bzw. einem Ablaufstutzen mit sich anschließendem Strömungsleitteil ausgestattet sind. Um unter Beibehaltung eines äußerst geringen Platzbedarfs den Wirkungsgrad der Strömungsmaschine, insbesondere bei hohen Massedurchsätzen, anzuheben, wird das Strömungsleitteil von einem Körper gebildet, dessen Eintritts- und Austrittsabschnitte mit im Winkel zueinander stehenden Achsen im wesentlichen rohrförmig gestaltet sind und jeweils zentrisch bzw. seitlich in ein dazwischen liegendes Volumenteil münden, das einen den Zulauf- bzw. Ablaufstutzen (10; 110; 210) radial überragenden und damit vergrößerten Strömungsquerschnitt hat. Das Volumenteil ist hinsichtlich seiner Geometrie so gestaltet und/oder an die räumliche Lagezuordnung der Achsen des Eintritts- und des Austrittsabschnitts derart angepasst, das Strömungsverluste minimiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. Anordnung zur Verbesserung des Wirkungsgrads von vorzugsweise in Kraftfahrzeugen eingebauten Strö­ mungsmaschinen, wie z. B. von Turboladern, gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Im Gegensatz zu Kolbenmaschinen, bei denen die Strömung in und aus dem Arbeitsraum periodisch erfolgt, werden Strömungsmaschinen bzw. Tur­ bomaschinen kontinuierlich durchströmt, wobei die Kraftwirkung durch Strö­ mungskräfte hervorgerufen wird. Die hierzu vorgesehenen Schaufeln der Strö­ mungsmaschine drehen sich mit dem Rotor, an dem sie befestigt sind. Der Wirkungsgrad derartiger Strömungsmaschinen kann durch eine Vielzahl von Maßnahmen beeinflusst werden; wobei die Abstimmung der Strömungsführung an die Schaufelgeometrie einen wesentlichen Beitrag zur Wirkungsgrad-Opti­ mierung leistet. Aber auch die Zu- und Abströmungsverhältnisse haben Einfluss auf den Wirkungsgrad.

Eine besonders bekannte Bauart von Strömungsmaschinen, die in Kraft­ fahrzeugen zunehmend Verwendung finden, ist der sogenannte Abgas-Turbo­ lader, der aus zwei Strömungsmaschinen besteht, nämlich einer Turbine und einem Verdichter, die auf einer gemeinsamen Welle angebracht sind. Insbe­ sondere beim Einbau derartiger Abgas-Turbolader besteht häufig ein Platzpro­ blem, das im folgenden am Beispiel des Ansaugstutzens für den Lader be­ schrieben werden soll. Dabei wird bereits auf die Fig. 1 Bezug genommen, in der beispielhafterweise ein Abgas-Turbolader für Lkw mit Zwillingsstromge­ häuse angedeutet ist. Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Zulaufstutzen des Verdichtergehäuses bezeichnet, der sich koaxial zu einer Achse 12 der Rotor­ welle 14 erstreckt, das Verdichterrad trägt die Bezugsnummer 16 während die Abgasturbine mit der Bezugsnummer 18 bezeichnet ist. Ein Ablaufstutzen des Turbinengehäuses 20 ist mit 22 bezeichnet. Die mit A bezeichnete Abgas­ strömung tritt in das Turbinengehäuse 20 radial ein, treibt den Läufer bzw. das Turbinenrad 18 und damit die Rotorwelle 14 an und verlässt das Turbinen­ gehäuse über den Ablaufstutzen 22. Auf der anderen Seite saugt das Verdich­ terrad 16, das über die Welle 14 angetrieben wird, atmosphärische Frischluft F über den Zulaufstutzen 10 an und verdichtet es, so dass es nach Durchlaufen eines Verdichter-Spiralabschnitts 24 bei 26 das Gehäuse verlässt, so dass es in die Zylinder der Bremskraftmaschine gedrückt werden kann.

Beim Einbau derartiger Abgas-Turbolader in Kraftfahrzeugen, insbeson­ dere in Pkws, muss der zur Verfügung stehende Bauraum sehr effektiv genutzt werden, da immer mehr Zusatzkomponenten, wie hydraulische Systeme für die Fahrzeugsteuerung bzw. für die Fahrzeugstabilisierung und/oder den Komfort erhöhende Zusatzkomponente, wie Klimaanlagen und dergleichen in den Mo­ torraum eingebaut werden müssen. In Fig. 1 ist deshalb mit strich-punktierter Linie eine Begrenzung angedeutet, die sich in einem vorbestimmten Abstand D vom Ende des Zulaufstutzens 10 befindet.

Um die von einem Luftfilter kommende Frischluft F unter Einhaltung dieser räumlichen Randbedingungen zum Zulaufstutzen 10 zu führen, besteht die herkömmliche Methode darin, dass auf den Zulaufstutzen 10 ein ebenfalls mit strich-punktierter Linie angedeuteter Krümmer 30 gesetzt wird, mit dem eine geordnete Umlenkung der vom Luftfilter kommenden Frischluft F bewirkt wer­ den kann. Der Grad der Umlenkung, der durch den Winkel A beschrieben wer­ den kann, ist von Bauart zu Bauart unterschiedlich, er ist jedoch in der Regel nicht größer als 90°.

Schon bei Umlenkungswinkeln in dieser Größenordnung besteht jedoch bei derartigen Ladern das Problem, dass der Wirkungsgrad insbesondere bei gesteigertem Durchsetzen mehr oder weniger stark abfällt. Entsprechendes gilt auch für den Bereich des aus der Turbine abströmenden Abgases, wenn sich an den Ablaufstutzen 22 bauraumbedingt ein Krümmer anschließen muss.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung bzw. eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der es auf einfache Weise gelingt, bei sehr beengten Verhältnissen, d. h. selbst für den Fall, dass eine Umlenkung der Luft- bzw. Abgasströmung in einem sehr kleinen Abstand D vom betreffenden Zu­ lauf- bzw. Ablaufstutzen zu erfolgen hat, wirksam zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird der bekannte Krümmer durch ein Formteil ersetzt, dessen Geometrie längs der Strömungsrichtung variiert. Dadurch gelingt es, die Strömung dort, wo bislang die stärkste Umlenkung erfolgte, zu beruhigen, so dass selbst bei größten Massedurchsätzen eine gleichmäßige Strömung in bzw. aus der Strömungsmaschine gewährleistet bleibt. Durch die erfindungs­ gemäße Gestaltung des Strömungsleitteils wird zwar zusätzlicher Bauraum in Anspruch genommen, um das zwischen dem Eintritts- und Austrittsabschnitten befindliche Volumenteil aufzunehmen. Dieser zusätzliche Bauraum befindet sich jedoch vorzugsweise konzentrisch um die Achse der Strömungsmaschine herum, so dass es sogar gelingt, das Abstandsmaß D gegenüber herkömm­ lichen Anordnungen zu verringern. Dabei ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass das Volumenteil dazu herangezogen werden kann, Strömungsverhält­ nisse im Bereich des Zulauf oder Ablaufstutzens zu optimieren und beispiels­ weise an den Umlenkungswinkel θ und/oder an die Lagezuordnung zwischen den Achsen des Eintritts- und des Austrittsabschnitts anzupassen. Vorzugs­ weise wird das Strömungsleitteil an die jeweilige Bausituation unter Einbezie­ hung der Kenndaten der Strömungsmaschine, wie z. B. des Turboladers indivi­ duell angepasst, wobei empirisch die günstigste Geometrie gewählt wird. Diese Geometrie hängt auch von der durch Strömungsrichtung der Strömungs­ maschine - axial, radial oder diagonal - oder aber auch davon ab, ob weitere Strömungsflächenanordnungen, wie z. B. ein Leitapparat vorgesehen sind.

Eine besonders einfache und wirkungsvolle Geometrie des Strömungsleit­ teils ist Gegenstand des Patentanspruchs 2. Diese Gestaltung hat den Vorteil, dass sie achsensymmetrisch ausgebildet werden kann, wodurch sich die Her­ stellung vereinfachen lässt.

Wenn sich der Querschnitt des Torus zu dem in ihm seitlich mündenden Eintritts- bzw. Austrittsabschnitt hin vergrößert, gelingt es zusätzlich, den benö­ tigten Bauraum weiter zu verkleinern.

Durch die Gestaltung des Patentanspruchs 4 wird die Strömung zusätzlich stabilisiert. Sogenannte "Tot-Zonen" werden weitestgehend vermieden, so dass dynamische Druckschwankungen auf ein Minimum reduziert bleiben.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Volumenteils ist Gegen­ stand des Anspruchs 5. Es hat sich herausgestellt, dass es mit dieser Ausge­ staltung am besten gelingt, ideale Anströmungs- bzw. Abströmungsverhältnisse in bzw. aus der Strömungsmaschine bereitzustellen, um somit den Wirkungs­ grad der Strömungsmaschine zu optimieren.

Die erfindungsgemäß Gestaltung des Strömungsleitteils kann darüber hinaus in vorteilhafter Weise insbesondere in platzsparender Weise, dazu her­ angezogen werden, die Drehzahlsteuerung des Laders in der Schubphase des Motors zu optimieren. Dies gelingt in besonders wirkungsvoller Weise mit der Weiterbildung des Anspruchs 6. Weil der Anschluß für den Rückführungs­ leitungsabschnitt im Bereich kegelförmigen Eindellung vorgesehen ist, benötigt der Anschluß zum einen keinen zusätzlichen Bauraum. Darüber hinaus ergibt sich der weitere Vorteil, dass die Mündung des Rückführungsleitungsabschnitts in unmittelbarer Nähe des Einlaufs des Verdichterrades zu liegen kommt, so daß im Schubbetrieb des Motors, d. h. dann, wenn bei geschlossener Drossel­ klappe das Schubabschaltventil geöffnet ist, der Lader nicht sofort abgebremst wird, sondern seine hohe Drehzahl erst einmal beibehält. Dadurch kann der Turbolader bei erneuter Beschleunigung des Fahrzeugs schneller wieder seine volle Leistung bringen.

Das Strömungsleitteil kann als separates Bauteil ausgebildet sein, oder aber auch einstückig mit dem Gehäuse des Laders oder der Turbine verbunden sein. Die Ausbildung als separates Bauteil hat den zusätzlichen Vorteil, dass bei der Montage Justiermöglichkeiten gegeben sind, so dass Montagespiel ausgeglichen werden kann.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird klar, daß der strömungstech­ nische Wirkungsgrad der Strömungsmaschine durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wirkungsvoll und positiv beeinflußt werden kann. Eine zusätzliche Verbesserung des dynamischen Verhaltens ergibt sich mit der Weiterbildung des Anspruchs 13. Mit den Merkmalen dieser Weiterbildung kann verhindert werden, dass sich im Volumenkörper, insbesondere bei sehr hohen Strö­ mungsgeschwindigkeiten, ein Drall aufbaut, der zu unerwünschten Drosselef­ fekten führt. Dabei kann die drallerzeugende Wirkung entweder durch eine bestimmte Ausformung des Volumenkörpers oder aber durch eine geeignete Bestückung, beispielsweise durch einen entsprechend angepaßten Leitapparat realisiert werden.

Eine besonders wirkungsvolle Anordnung zur Verbesserung des volumehrischen Wirkungsgrads der Strömungsmaschine ergibt sich mit der Gestaltung des Anspruchs 14. Der sehr platzsparerid ausführbare Volumenkörper wird hierbei in vorteilhafter Weise dazu herangezogen, einen Vordrall zu erzeugen, mit dem es gelingt, die Strömung in den Lader zu optimieren.

Aus der vorstehenden Diskussion ergibt sich, dass das Strömungsleitteil für alle denkbaren Lagezuordnungen der Achsen der Eintritts- und. Austrittsab­ schnitte geeignet ist. Diese Achsen müssen sich auch nicht notwendigerweise schneiden. Über das Volumenteil erfolgt eine Optimierung der Strömungsver­ hältnisse, so dass es gelingt, den in Fig. 1 mit θ bezeichneten Umlenkungs­ winkel sogar weit unter 90° zu verkleinern, ohne dadurch Wirkungsgradverluste in Kauf nehmen zu müssen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der übrigen Unter­ ansprüche.

Nachstehend wird anhand schematischer Zeichnungen ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungs­ form eines Abgas-Turboladers mit aufgesetztem, erfindungsgemäßen Strö­ mungsleitteil;

Fig. 2 eine schematische perspektivische Seifenansicht des in Fig. 1 schematisch angedeuteten Strömungsleitteils;

Fig. 3 die Ansicht gemäß "III" in Fig. 2;

Fig. 4 die Ansicht gemäß "IV" in Fig. 3;

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht des Strömungsleitteils, liegend dargestellt;

Fig. 6 eine schematische perspektivische Ansicht des Strömungsleitteils bei Ansicht schräg von oben;

Fig. 7 die Draufsicht einer modifizierten Ausführungsform des Strömungsleitteils bei einer Blickrichtung gemäß "VII" in Fig. 6;

Fig. 8 ein Fig. 1 entsprechende Darstellung einer dritten Ausführungsform;

Fig. 9 eine der Fig. 8 entsprechende Darstellung einer Modifikation der dritten Ausführungsform; und

Fig. 10 eine Detailansicht einer weiteren Variante für die Eingliederung eines Schubabschaltventils bei einer Anordnung nach den Fig. 8 oder 9.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 40 ein Strömungsleitteil bezeichnet, das den herkömmlichen, mit dem Bezugszeichen 30 bezeichneten und in der Fig. 1 strichpunktierten Linien angedeuteten Krümmer, beispielsweise in Form eines Krümmerrohrs oder Krümmerschlauchs ersetzen soll. Das Strö­ mungsleitteil hat einen Austrittsabschnitt 42 in Form eines zylindrischen Stut­ zens mit der Achse 44 und einen Eintrittsabschnitt 46, der ebenfalls im wesent­ lichen die Form eines Kreiszylinders mit der Achse 48 hat. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel schneiden sich die Achsen 44, 48 unter dem Umlen­ kungswinkel θ, der unter 90° liegt. Es soll jedoch hervorgehoben werden, dass die Achsen 44 und 48 auch windschief zueinander liegen können, wobei der Winkel θ innerhalb weiter Grenzen variierbar ist.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Strömungsleitteil 40 im Be­ reich des Laders vorgesehen. Es soll jedoch hervorgehoben werden, dass das Strömungsleitteil auch im Bereich der Turbine angebracht sein kann, wobei in diesem Fall der Abschnitt 42 den Eintrittsabschnitt und der Abschnitt 46 den Austrittsabschnitt bilden würde. Ansonsten ist die Anordnung spiegelbildlich getroffen.

Um den Wirkungsgrad der Strömungsmaschine, im gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel des Laders, zu verbessern, ist zwischen Eintritts- und Austrittsab­ schnitt ein mit den Bezugszeichen 50 bezeichnetes Volumenteil geschaltet, das einen vergrößerten Strömungsquerschnitt hat. Dieser vergrößerte Strömungs­ querschnitt ist durch gepunktete Linien 52 angedeutet, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Kreislinien eines asymmetrischen, in das Volumenteil 50 einbeschriebenen, asymmetrischen Torus bilden. Der Eintrittsabschnitt 46 mündet in das Volumenteil seitlich, während der Austrittsabschnitt 42 in das Volumenteil 50 zentrisch mündet. Der asymmetrische Torus bestimmt lediglich die Außenkontur des Volumenteils. Im Inneren sind die sich um die Achse 44 herum erstreckenden Torus-Volumina TV miteinander in Verbindung, wobei der Abschluss nach außen über eine im wesentlichen kegelförmige Eindellung 54 erfolgt.

Mit dem Bezugszeichen 56 ist ein Außendurchmesser des in das Volu­ menteil 50 einbeschriebenen Torus bezeichnet, der ersichtlich größer ist als der Außendurchmesser des an die Strömungsmaschine anschließenden Ab­ schnitts, d. h. des Austrittsabschnitts 42.

Dadurch, dass der einbeschriebene Torus asymmetrisch ist, d. h. dass sich der Querschnitt des Torus zu dem in ihm seitlich mündenden Eintrittsab­ schnitt 46 hin vergrößert, wird trotz Anhebung des Strömungsquerschnitts zwi­ schen Eintritts- und Austrittsabschnitt 46, 42 Bauraum gewonnen. Dies ist durch den Pfeil P angedeutet, der aufzeigt, dass die Begrenzungswand 28 im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen sogar um ein beträchtliches Maß zur Strömungsmaschine hin geneigt werden kann. Gleichzeitig ist es möglich, das Maß D zu verringern.

In den Fig. 2 bis 6 sind schematische, perspektivische Ansichten des Strömungsleitteils 40 gezeigt, das in diesem Fall als separates Bauteil ausge­ bildet ist. Es soll jedoch hervorgehoben werden, dass das Strömungsleitteil gleichermaßen einstückig mit dem Gehäuse der zugehörigen Strömungsma­ schine ausgebildet sein kann, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu ver­ lassen. Das Strömungsleitteil der gezeigten Ausführungsform hat eine Symme­ trieachse 58 (siehe Fig. 3). Es ist jedoch gleichermaßen möglich, das Strö­ mungsleitteil ohne Symmetrieachse auszubilden.

In den Fig. 2 bis 5 ist mit strich-punktierter Linie 60 eine Trennebene bezeichnet, und mit dem Bezugszeichen 62 ein Verbindungsabschnitt über den der Austrittsabschnitt 42 an das Volumenteil 50 angeschlossen, beispielsweise angeschweisst ist. Entlang der Trennebene 60 kann wiederum eine Ver­ schweissung der Halbschalen 50-1, 50-2 erfolgen. Mit den Bezugszeichen 64 ist eine Gewindebohrung bezeichnet, die sich im zylindrischen Austrittsab­ schnitt 42 befindet und über die eine Fixierungsschraube eingedreht vecden kann, damit das Strömungsleitteil 40 in einer vorbestimmten Ausrichtung am Zulaufstutzen 10 des Laders festgelegt werden kann.

Selbstverständlich sind Abweichungen von den gezeigten Ausführungs­ beispielen möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So ist es z. B. möglich, das Volumenteil asymmetrisch bzw. exzentrisch zur Achse 12 der Strömungsmaschine anzuordnen und auszubilden. Der Eintrittsabschnitt 46 kann selbstverständlich auch seitlich versetzt zur Achse 12 in das Volumen­ teil münden, wobei vorzugsweise eine Anpassung an die Drehrichtung der Strömungsmaschine erfolgt. Eine derartige asymmetrische Gestaltung des Strömungsleitteils bzw. des Volumenteils ist dann angebracht, wenn der Ein­ tritts- oder Austrittsabschnitt der Strömungsmaschine beispielsweise mit zu­ sätzlichen Leitschaufeln, wie z. B. einem Leitapparat ausgestattet ist.

Auch kann der Krümmungswinkel θ in weiten Grenzen variiert werden, wobei die Gestaltung des Volumenteils dann entsprechend angepasst wird, um dem Massendurchsatz zu optimieren und dadurch den Wirkungsgrad zu ver­ bessern.

Eine Variante mit asymmetrischer Gestaltung des Eintritts der Strömung in den Volumenkörper ist in Fig. 7 gezeigt. Bauteile, die den Komponenten der zuvor beschriebenen Ausführungsform entsprechen, sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen, denen aber eine "2" vorangestellt ist.

Bei dieser Ausführungsform überragt das mit 240 bezeichnete Strömungsleitteil wiederum in radialer Richtung den mit gestrichelter Linie angedeuteten Zulaufstutzen 210, wobei im Bereich des Strömungsleitteils eine Erweiterung des Strömungsquerschnitts vorliegt. Die Durchströmung des Strömungsleitteils 240 erfolgt in einer definierten Richtung, d. h. bei Betrachtung der Fig. 7 im Gegenuhrzeigersinn, wobei die Einströmung der Luft über einen Eintrittsabschnitt 246 erfolgt, der zur Achse 212 der Strömungsmaschine versetzt liegt. Die Form des Strömungsleitteils 240 entspricht zumindest abschnittsweise derjenigen einer Spiralwendel, d. h. es hat eine schneckengehäuseförmige Gestaltung, mit der der Strömung ein Vordrall aufgezwungen wird. Damit kann der Wirkungsgrad der Strömungsmaschine weiter angehoben werden, wobei der axial benötigte Bauraum nach wie vor stark verkleinert werden kann.

Fig. 8 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind bei dieser Ausführungsform diejenigen Bauteile, die in Komponenten der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 6 entsprechen, mit ähnlichen Bezugszeichen versehen, denen jedoch eine "1" vorangestellt ist. Die Besonderheit der Ausführungsform nach Fig. 8 besteht darin, dass sich eine kegel- bzw. trichterförmige Eindellung 154 bis zu einer Abdeckung 166 der Mutter der Rotorwelle 114 erstreckt. In der Schnittdarstellung gemäß Fig. 8 ergibt sich dadurch eine Herzform für das Strömungsleitteil 140.

Im weiteren Unterschied zu den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 7 ist das Volumenteil 150 einstückig mit dem Verdichter-Spiralabschnitt 124 ausgebildet, wodurch zusätzlich Bauraum gewonnen wird. Selbstverständlich ist es in Abweichung von der gezeigten Ausführungsform möglich, das Strömungsleitteil 140 an einen Stutzen 110 anzuflanschen, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist.

Um zu verhindern, dass sich im Eintrittsbereich des Verdichters ein uner­ wünschter Drall ausbildet, ist vorzugsweise das Volumenteil 150 so geformt bzw. innenseitig derart bestückt, dass in diesem Einlaufbereich ein Vordrall erzeugt wird, der eine gleichmäßige Anströmung des Verdichterrades 116 sicherstellt.

In Fig. 9 ist eine Modifikation der Ausführungsform nach Fig. 8 darge­ stellt. Auch hier sind für diejenigen Bauteile, die den Komponenten der Ausfüh­ rungsform nach Fig. 8 entsprechen, identische Bezugszeichen verwendet.

Die Besonderheit der Ausführungsform nach Fig. 9 besteht darin, dass der mit strichpunktierter Linie angedeutete Raum im Bereich der Eindellung 154 des Volumenteils 150 dazu genutzt wird, einen Anschluß für eine Rückfüh­ rungsleitung 170-1, 170-2 der Ladersteuerung auszubilden. Die Rückführungs­ leitung zweigt von einer Ladeluftleitung 176 stromab des Laders 116 und stromauf einer Drosselklappe 174 ab und ist über ein Schubabschaltventil 172 geführt. Damit ist die Rückführungsleitung in zwei Abschnitte 170-1 und 170-2 unterteilt, wobei der Rückführungsleitungsabschnitt 170-2 zum Anschluß 168 geführt ist.

Das Schubabschaltventil 172 hat - in an sich bekannter Weise - die Funktion, bei normalem Ladebetrieb dafür zu sorgen, dass die verdichtete Frischluft nicht rezirkuliert wird. Wenn die Drosselklappe 174 allerdings ge­ schlossen wird, bewirkt der sich im Ansaugrohr aufbauende Unterdruck ein Öffnen des Schubabschaltventils 172, so dass ein Schubbetrieb der Brenn­ kraftmaschine eintritt und die verdichtete Luft vom Lader im Kreis gefördert wird. Mit strichpunktierten Linien 180 ist in Fig. 9 angedeutet, wie herkömmlicher Weise der Rückführungsleitungsabschnitt verschaltet war. Weil erfindungsge­ mäß jedoch der Rückführungsleitungsabschnitt 170-2 in unmittelbarer Nähe des Einlaufabschnitts des Verdichterrades 116 mündet, kann die Rezirkulation der verdichteten Frischluft so verlustfrei wie möglich, d. h. unter Aufrechterhal­ tung einer möglichst hohen kinetischen Energie erfolgen, wodurch der Lader bei erneuter Beschleunigung des Fahrzeugs bzw. bei erneutem Durchtreten des Gaspedals und damit beim Öffnen der Drosselklappe 174 in kürzester Zeit die volle Leistung bereithält.

Fig. 10 zeigt anhand eines Ausschnitts der Darstellung von Fig. 9 eine alternative Eingliederung eines Schubabschaltventils in eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Auch hier sind wiederum Bauteile, die den Komponenten der zuvor beschriebenen Ausführungsformen entsprechen mit gleichen Bezugszeichen versehen, denen aber eine "3" vorangestellt ist.

Man erkennt, dass hier das Schubabschaltventil 372 sehr platzsparend in unmittelbarer Nähe des Volumenteils 350 angeordnet werden kann, indem der Leitungsabschnitt 370-2 zur Stabilisierung des Ventils genutzt wird. Eine Steuerleitung für die Ansteuerung des Schubabschaltventils 372 ist mit 380 bezeichnet. Die mit 382 bezeichnete Mündung des Leitungsabschnitts 370-2 in den Saugkanal des Laders ist wiederum so nahe wie möglich an den Eintrittsquerschnitt 386 des Verdichterrades 316 herangeführt, so dass die vorstehend beschriebenen Vorteile hinsichtlich des Ansprechverhaltens nach wie vor erzielt werden.

Das Strömungsleitteil kann auch mehrstückig aufgebaut sein. Als Materia­ lien können alle Werkstoffe Verwendung finden, die den im Motorraum herr­ schenden Temperaturen sowie den mechanischen Beanspruchungen standhal­ ten. Vorzugsweise wird ein temperaturbeständiger Leichtwerkstoff, wie z. B. Aluminium verwendet.

Wie eingangs bereits erwähnt, ist die Erfindung gleichermaßen auf die Gestaltung der Strömungsmittelführung am Auslass der Strömungsmaschine anwendbar.

Die Erfindung schafft somit eine Vorrichtung bzw. Anordnung zur Verbes­ serung des Wirkungsgrades von vorzugsweise in Kraftfahrzeugen eingebauten Strömungsmaschinen, wie z. B. von Turboladern, die mit einem Zulauf bzw. einem Ablaufstutzen mit sich anschließendem Strömungsleitteil ausgestattet sind. Um unter Beibehaltung eines äußerst geringen Platzbedarfs den Wir­ kungsgrad der Strömungsmaschine, insbesondere bei hohen Massedurchsät­ zen, anzuheben, wird das Strömungsleitteil von einem Körper gebildet, dessen Eintritts- und Austrittsabschnitte mit im Winkel zueinander stehenden Achsen im wesentlichen rohrförmig gestaltet sind und jeweils zentrisch bzw. seitlich in ein dazwischen liegendes Volumenteil münden, das einen den Zulauf- bzw. Ablaufstutzen (10; 110; 210) radial überragenden und damit vergrößerten Strömungsquerschnitt hat. Das Volumenteil ist hinsichtlich seiner Geometrie so gestaltet und/oder an die räumliche Lagezuordnung der Achsen des Eintritts- und des Austrittsabschnitts derart angepasst, das Strömungsverluste minimiert werden.

Claims (18)

1. Vorrichtung zur Verbesserung des Wirkungsgrads von vorzugsweise in Kraftfahrzeugen eingebauten Strömungsmaschinen, wie z. B. Turboladern, die mit einem Zulauf- bzw. einem Ablaufstutzen mit sich anschließendem Strömungsleitteil ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitteil (40) von einem Körper gebildet ist, dessen Eintritts- und Austrittsabschnitte (46, 42; 246, 242) mit im Winkel (θ) zueinander stehenden Achsen (48, 44) im wesentlichen rohrförmig gestaltet sind und jeweils zentrisch bzw. seitlich in ein dazwischenliegendes Volumenteil (50) mit einem den Zulauf bzw. Ablaufstutzen (10; 110; 210) radial überragenden und damit vergrößerten Strömungsquerschnitt münden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenteil (50) torusähnlich (TV, 52) gestaltet. ist, wobei der Außendurchmesser (56) des Torus (TV, 52) größer ist als der Außendurchmesser des an die Strömungsmaschine anschließenden Abschnitts (42).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt des Torus (TV, 52) zu dem in ihn seitlich mündenden Eintritts- bzw. Austrittsabschnitt (46) hin vergrößert.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenteil (40; 140) auf der dem zentrisch in den Torus einmündenden Abschnitt (42; 142) abgewandten Seite eine im wesentlichen kegelförmige Eindellung (54; 154) hat.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im wesentlichen kegelförmige Eindellung (154) möglichst nahe an eine Stirnseite (Abdeckung 166 einer Mutter) der Rotorwelle (114) heranreicht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der kegelförmigen Eindellung (154) ein Anschluss (168; 368) für einen Rückführungsleitungsabschnitt (170-2; 370-2) ausgebildet ist, die von der Ladeluftleitung (176) stromauf einer Drosseklappe (174) abzweigt und über ein Schubabschaltventil (172; 372) geführt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenteil (50; 150) im wesentlichen konzentrisch zum Anschlussstutzen (10; 110; 210) an die Strömungsmaschine angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitteil (40, 50; 250) als separates Bauteil ausgebildet ist, das an den Zulauf- bzw. Ablaufstutzen (10; 210) der Strömungsmaschine ankoppelbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitteil (140, 150; 350) mit dem Gehäuse (124) der Strömungsmaschine einstückig ausgebildet.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der in das Volumenteil seitlich mündende Abschnitt (46; 146) im wesentlichen mittig mündet (Symmetrieachse 58).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (48, 44) der Eintritts- und Austrittsabschnitte (46, 42) einander schneiden.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Eintritts- und Austrittsabschnitte (46; 42; 246, 242) zueinander windschief verlaufen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenkörper (40; 140; 240) derart geformt oder bestückt ist, dass er bei Durchströmung eine zur Verbesserung des Wirkungsgrads beitragende, drallerzeugende Wirkung hat.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenkörper (240) schneckengehäuseförmig derart ausgebildet ist, dass der aus einem außermittig mündenden Zulaufabschnitt (246) kommenden Strömung ein den Füllungsgrad erhöhender Vordrall aufgezwungen wird.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitteil (40; 140; 240) im Saugbereich eines Luftverdichters angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitteil im Austrittsbereich einer Abgasturbine (18) angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitteil (40; 140; 240) einstückig ausgebildet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitteil (40; 140; 240) aus einem temperaturbeständigen Leichtwerkstoff, wie z. B. Aluminium besteht.