DE102004024948A1 - Exhaust gas turbocharger for a vehicle engine comprises a throttle element arranged in a bypass to control the intake air amount through the bypass - Google Patents

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Abstract

Exhaust gas turbocharger (1) comprises a throttle element (4) arranged in a bypass (2c) to control the intake air amount through the bypass. The bypass is formed in a spiral manner around the intake chamber (2a). Preferred Features: The bypass has bypass channels with openings in the intake chamber. The bypass channels open in a tangential manner into the intake chamber. A flow deviating element is arranged in the region of the opening.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to an exhaust gas turbocharger with the features of the Preamble of claim 1.

Sie geht von der Veröffentlichung "Neue Erkenntnisse bei der Entwicklung von Aufladesystemen für PKW-Motoren", der Firma BorgWarner Turbo Systems, vom Februar 2003, aus. In dieser ist der Stand der Technik bezüglich Abgasturbolader, sowie die Möglichkeiten der Verbesserung des Wirkungsgrades von gattungsgemäßen Abgasturboladern für PKW-Dieselmotoren beschrieben. Neben einer möglichen Abgasturboladerverbesserung mittels variabler Turbinengeometrie, ist auch die Möglichkeit der Verbesserung mittels variabler Verdichtergeometrie (Vordrallregler) beschrieben. In dem Kapitel 2.2 „Abgasturbolader mit variabler Verdichtergeometrie" ist ausgeführt, dass aktuell, aufgrund der weiter steigenden Forderungen im Motorenbau, insbesondere bei hoch aufgeladenen Motoren, ein System zur Regelung des Verdichters untersucht wird. Generell sind hierbei Regelungen mittels Vor- und Nachleitbeschaufelung, bzw. Bypassregelung möglich. Bezüglich der Vordrallregelung ist aus einem Verdichterkennfeld, 6, ersichtlich, dass die Gesamtkennfeldbreite zunimmt und bereits bei niedrigsten Motordrehzahlen ein hoher Ladedruck gehalten werden kann, ohne die Pumpgrenzen des Verdichters zu erreichen. Bei der beschriebenen Bypassregelung wird der Saugraum des Verdichters über einen Bypass mit dem Druckraum des Verdichters verbunden. Vor-, bzw. Nachleitbeschaufelung und Bypassregelung werden hierbei als separate Optimierungsmöglichkeiten für Abgasturbolader betrachtet.It is based on the publication "New Findings in the Development of Charging Systems for Car Engines" by BorgWarner Turbo Systems, February 2003. In this the state of the art with respect to exhaust gas turbocharger, as well as the possibilities of improving the efficiency of generic exhaust gas turbochargers for passenger car diesel engines is described. In addition to a possible turbocharger improvement by means of variable turbine geometry, the possibility of improvement by means of variable compressor geometry (Vordrallregler) is described. In chapter 2.2 "Exhaust gas turbocharger with variable compressor geometry" it is stated that currently, due to the increasing demands in engine construction, especially in high-turbocharged engines, a system for controlling the compressor is being investigated Bypass control possible With regard to pre-swirl control, it can be determined from a compressor map, 6 , it can be seen that the overall map width increases and a high boost pressure can be maintained even at lowest engine speeds without reaching the surge limits of the compressor. In the described bypass control, the suction chamber of the compressor is connected via a bypass to the pressure chamber of the compressor. Pre- or Nachleitbeschaufelung and bypass control are considered here as a separate optimization options for exhaust gas turbochargers.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für einen gattungsgemäßen Abgasturbolader eine weitere Möglichkeit der Wirkungsgradverbesserung aufzuzeigen.task The present invention is for a generic exhaust gas turbocharger one more way show the efficiency improvement.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by the features in the characterizing part of the claim 1 solved.

Durch die Einbringung eines Drosselelementes in den Bypass, sowie die spiralförmige Ausgestaltung des Bypass um den Saugraum herum, wird mit dem geregelt oder gesteuert oder selbstgeregelten, rückgeführten Bypass-Gas im Saugraum ein Drall erzeugt, wobei bei gleich bleibenden Druckverhältnissen der Massenstrom durch den Verdichter erhöht wird. Hierdurch wird der Verdichter, bzw. der Abgasturbolader aufgrund einer Betriebspunktverschiebung, in einen wesentlich besseren Wirkungsgradbereich verschoben.By the introduction of a throttle element in the bypass, and the spiral Configuration of the bypass around the suction chamber, is regulated with the or controlled or self-regulated, recirculated bypass gas in the suction chamber generates a twist, wherein at constant pressure conditions the mass flow through the compressor is increased. This will be the Compressor, or the turbocharger due to a shift operating point, shifted to a much better efficiency range.

Zu den bereits bekannten Vorteilen beim Einsatz eines Verdichterbypasses (Verschiebung des Betriebspunktes) und der Vordrallerzeugung (Verschiebung der Pumpgrenze), ergeben sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung folgende, bisher nicht erkannte und unvorhersehbare Zusatznutzen:

  • – Bei kleinen Massendurchsätzen kann aufgrund der Kombination der beiden Maßnahmen das volle Potential der variablen Turbinengeometrie zur Ladedrucksteigerung genutzt werden (siehe 3).
  • – Durch die kompakte Konstruktion des Bypass ist es möglich, die kinetische Energie des Bypass-Luftstroms und/oder Blowby-Stroms und des Niederdruck-Abgasrückführstroms zur Vordrallerzeugung des Hauptansaugluftstroms zu verwenden. Dadurch entsteht ein wesentlich günstigerer Gesamtwirkungsgrad von Bypass und Vordrallerzeugung gegenüber allen bisher aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen.
  • – Die Vordrallerzeugung mittels Bypass-Luftstrom hat dem zur Folge, dass kein Vorleitapparat (= Strömungswiderstand) im Hauptstromsaugkanal, d. h. im Saugraum, benötigt wird. Zudem befinden sich keine beweglichen Teile im Ansaugkanal des Abgasturboladers, was das Risiko für Beschädigungen erheblich verkleinert.
  • – Die Bypass-Luftstromeinleitung nahe des Verdichters erschwert zusätzlich eine Verschmutzung eines Heißfilmluftmassenmessers (wird für die Messung der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse benötigt) durch Bypass-Luftstrom-Kondensat, da ein maximal großer Abstand zwischen Bypass-Luftstrom-Einleitung und Heißfilmluftmassenmesser gewährleistet ist. Ferner ist der Bypass-Luftstrom-Gasaufstieg in Richtung des Heißfilmluftmassenmessers nach einem Abstellen des Motors aufgrund der Kaminwirkung ebenfalls reduziert, da die Einleitstelle des Bypass-Luftstroms an der höchsten Stelle des Verdichters stattfindet.
  • – Die schneckenförmige Einleitung des Bypass-Luftstroms in den Hauptansaugstrom ermöglicht eine gezielte Vordrallerzeugung in den äußeren Randzonen des Ansaugluftstroms. Durch die hohen Umfangsgeschwindigkeiten an den Verdichterradaußenkanten ergibt sich so eine maximal effiziente Vordrallerzeugung zur Vermeidung von Strömungsabrissen an den Verdichterschaufeln.
In addition to the already known advantages when using a compressor bypass (shifting of the operating point) and the pre-twist generation (shifting of the surge line), the configuration according to the invention results in the following unrecognized and unanticipated additional benefits:
  • - At low mass flow rates, the full potential of the variable turbine geometry can be used to boost boost pressure due to the combination of the two measures (see 3 ).
  • Due to the compact design of the bypass, it is possible to use the kinetic energy of the bypass air flow and / or blowby flow and the low pressure exhaust gas recirculation flow for pre-swirl generation of the main intake air flow. This results in a much more favorable overall efficiency of bypass and Vordrallerzeugung over all previously known from the prior art solutions.
  • - The Vordrallerzeugung by bypass air flow has the consequence that no Vorleitapparat (= flow resistance) in the Hauptstromsaugkanal, ie in the suction chamber, is required. In addition, there are no moving parts in the intake channel of the turbocharger, which significantly reduces the risk of damage.
  • - The bypass air flow introduction close to the compressor additionally complicates contamination of a Heißfileinuftmassenmessers (is needed for the measurement of the intake of the engine air mass) by bypass airflow condensate, since a maximum large distance between the bypass airflow introduction and Heißfileinuftmassenmesser is guaranteed. Further, the bypass airflow gas rise toward the hot film air mass meter is also reduced after the engine is shut down due to the chimney effect, since the point of introduction of the bypass air flow takes place at the highest point of the compressor.
  • - The helical introduction of the bypass air flow into the main intake flow allows a targeted pre-twist generation in the outer edge zones of the intake air flow. Due to the high peripheral speeds at the compressor wheel outer edges, this results in maximally efficient pre-twist generation to avoid stalls on the compressor blades.

Um alle oben genannten Vorteile voll ausnützen zu können und eine gleichmäßige Einströmung des Bypass-Luftstroms in den Saugraum zu gewährleisten, ist der Bypass gemäß Patentanspruch 2 in zumindest zwei Bypasskanäle aufgeteilt, deren Öffnungen gemäß Patentanspruch 3 weitgehend tangential in den Saugraum münden.Around to be able to take full advantage of all the above advantages and a uniform inflow of the To ensure bypass air flow into the suction chamber, the bypass is according to claim 2 in at least two bypass channels split, their openings according to claim 3 open substantially tangentially into the suction chamber.

Mit der Ausgestaltung gemäß der Patentansprüche 4 und 5 wird eine weitere Vergleichmäßigung der Einströmung des Bypass-Luftstroms in den Saugraum erzielt. Dies gilt insbesondere, wenn mehrere Bypass-Kanäle, bzw. Öffnungen über den Außenumfang des Saugraumes verteilt angeordnet sind.With the embodiment according to the patent Proverbs 4 and 5, a further homogenization of the inflow of the bypass air flow is achieved in the suction chamber. This is especially true when multiple bypass channels, or openings are arranged distributed over the outer circumference of the suction chamber.

Eine nochmals verbesserte Einströmung des Bypass-Luftstroms in den Saugraum wird gemäß Patentanspruch 6 erzielt, wobei das Strömungsleitelement für eine bessere Montage, bzw. Demontage gemäß Patentanspruch 7 ausgeführt ist.A again improved inflow the bypass air flow into the suction chamber is achieved according to claim 6, wherein the flow guide for one better assembly, or disassembly according to claim 7 is executed.

Während gemäß Patentanspruch 8 mit einer starren Geometrie des Strömungsleitelementes hervorragende statische Einströmbedingungen erzielt werden, können diese durch eine variable, d. h. veränderbare Geometrie optimal auf instationäre Bedingungen angepasst werden.While according to claim 8 excellent with a rigid geometry of the flow guide static inflow conditions These can be achieved through a variable, d. H. changeable Geometry optimal on unsteady Conditions are adjusted.

Patentanspruch 9 führt eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Drosselelementes an.claim 9 leads a particularly preferred embodiment of the throttle element.

Vorzugsweise kann die Betätigung des Drosselelementes nach den Patentansprüchen 10 und 11 regel- oder steuerbar pneumatisch oder elektropneumatisch oder elektromotorisch oder hydraulisch erfolgen. Auch eine selbstregelnde Steuerung durch eine gezielte Auslegung der Ventilflächen (= Einfluss der Druckdifferenz) und Messung des Massenstromes als Regelgröße (kann durch Messung des Widerstandes im Luftstrom oder mittels BrandtI-Rohr oder anderen mechanischen Luftmassenmessverfahren erfolgen), ist möglich.Preferably can the operation the throttle element according to claims 10 and 11 regularly or controllable pneumatic or electropneumatic or electric motor or hydraulically. Also a self-regulating control a targeted design of the valve surfaces (= influence of the pressure difference) and measuring the mass flow as a controlled variable (can be determined by measuring the Resistance in the air flow or by BrandtI tube or other mechanical air mass measurement method) is possible.

Die bauliche Ausführung gemäß Patentanspruch 12 erzielt eine kleine Bauform, sowie die baulich vorteilhafte Integration des Drosselelementes in das Gehäuse des Turboladers.The structural design according to claim 12 achieves a small design, as well as the structurally advantageous integration the throttle element in the housing of the turbocharger.

Mit einer Anordndung gemäß Patentanspruch 13 wird auch die kinetische Energie des Blow-By Gases und/oder des Niederdruck-Abgasrückführstromes zur Drallerzeugung ausgenutzt.With An arrangement according to claim 13, the kinetic energy of the blow-by gas and / or the Low-pressure exhaust gas recirculation flow exploited for swirl generation.

Im Folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in zwei Figuren, sowie in einem Funktionsdiagramm als dritte Figur näher erläutert.in the Following is a preferred embodiment in two figures, and explained in more detail in a functional diagram as a third figure.

1 zeigt eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader mit einem innerhalb eines Gehäuses angeordneten Bypass. 1 shows a plan view of an exhaust gas turbocharger according to the invention with a bypass disposed within a housing.

2 zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Abgasturbolader. 2 shows a section through the exhaust gas turbocharger according to the invention.

3 zeigt ein Diagramm zur Verdeutlichung der Wirkungsgradsteigerung aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführung des Abgasturboladers. 3 shows a diagram to illustrate the increase in efficiency due to the inventive design of the exhaust gas turbocharger.

1 zeigt die Aufsicht auf einen Verdichter 2 eines Abgasturboladers 1. Der Verdichter 2 weist einen Saugraum 2a, sowie eine Druckraum 2b auf. Der Saugraum 2a und der Druckraum 2b sind mit einem Blow-By Kanal 3 gasführend verbindbar. Der Blow-By Kanal 3 und/oder ein nicht näher dargestellter Niederdruck-Abgasrückführkanal sind weitgehend außerhalb eines Gehäuses 6 des Abgasturboladers 1 angeordnet und mit einem Ende gasführend mit dem Druckraum 2b verbunden. Das andere Ende des Blow-By Kanals 3 und/oder des Niederdruck-Abgasrückführkanals ist mit dem Saugraum 2a verbindbar. Eine frische Ansaugluft wird über ein Reinluftrohr 9, welches mit dem Saugraum 2a gasführend verbunden ist, gefördert. Die vom Verdichter 2 komprimierte Ansaugluft wird über eine Ladeluftleitung 7, die mit dem Druckraum 2b gasführend verbunden ist, in Richtung eines nicht dargestellten Brennraumes abgeführt. Ferner ist am Gehäuse 6 eine Stellvorrichtung 4' für ein in 2 näher dargestelltes Drosselelement 4, das eine Luftmenge durch einen Bypass 2c steuert oder regelt, erkennbar. Der Bypass 2c erstreckt sich innerhalb des Gehäuses 6 spiralförmig um den Saugraum 2a und verbindet den Druckraum 2b mit dem Saugraum 2a des Verdichters 2. Saugraumseitig ist der Bypass 2c in mehrere Bypass-Kanäle 2d, 2d' aufgeteilt, erkennbar in 2, und mündet mit deren Öffnungen 2e, 2e' weitgehend tangential in den Saugraum 2a. Die Öffnungen 2e, 2e' sind von einem Strömungsleitelement 5, das in die Bypass-Kanäle 2d, 2d' integriert ist, gebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Strömungsleitelement 5 für alle Bypass-Kanäle 2d, 2d' vorgesehen, in weiteren Ausführungsvarianten kann für jede Öffnung 2e, 2e' ein eigenes Strömungsleitelement 5 vorgesehen werden. 1 shows the view of a compressor 2 an exhaust gas turbocharger 1 , The compressor 2 has a suction chamber 2a , as well as a pressure room 2 B on. The suction room 2a and the pressure room 2 B are with a blow-by channel 3 Gas leading connectable. The blow-by channel 3 and / or a non-illustrated low pressure exhaust gas recirculation passage are largely outside a housing 6 the exhaust gas turbocharger 1 arranged and with one end gas leading to the pressure chamber 2 B connected. The other end of the blow-by channel 3 and / or the low-pressure exhaust gas recirculation channel is connected to the suction chamber 2a connectable. A fresh intake air is through a clean air tube 9 , which with the suction room 2a Gas leading connected, promoted. The from the compressor 2 compressed intake air is supplied via a charge air line 7 that with the pressure room 2 B gas-conducting connected, discharged in the direction of a combustion chamber, not shown. Further, on the housing 6 an actuator 4 ' for a in 2 closer illustrated throttle element 4 that takes an airflow through a bypass 2c controls or regulates, recognizable. The bypass 2c extends inside the housing 6 spiral around the suction chamber 2a and connects the pressure room 2 B with the suction chamber 2a of the compressor 2 , Saugraumseitig is the bypass 2c in several bypass channels 2d . 2d ' split, recognizable in 2 , and ends with their openings 2e . 2e ' largely tangential in the suction chamber 2a , The openings 2e . 2e ' are from a flow guide 5 that enters the bypass channels 2d . 2d ' integrated, formed. In the present embodiment, a flow guide 5 for all bypass channels 2d . 2d ' provided, in further embodiments may for each opening 2e . 2e ' a separate flow guide 5 be provided.

2 zeigt einen Schnitt durch den Verdichter 2 eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers 1 mit Blick in den Saugraum 2a. In 2 gelten für die gleichen Bauelemente die gleichen Bezugszeichen wie in 1. Radial am Außenumfang des Saugraums 2a ist das bereits erwähnte Strömungsleitelement 5 angeordnet. Zentral zu dem Strömungsleitelement 5 befindet sich ein Verdichterrad 10, welches die durch den Saugraum 2a angesaugte frische Ansaugluft komprimiert und in den Druckraum 2b fördert. In den Bypass 2c mündet ein Drosselelement 4 mit einer Stellvorrichtung 4'. Das Drosselelement 4, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Ventil, regelt bzw. steuert die von dem Druckraum 2b durch den Bypass 2c in den Saugraum 2a rückgeführte Luftmenge. 2 shows a section through the compressor 2 an exhaust gas turbocharger according to the invention 1 with a view into the suction room 2a , In 2 The same reference numbers apply to the same components as in 1 , Radial on the outer circumference of the suction chamber 2a is the already mentioned flow guide 5 arranged. Central to the flow guide 5 there is a compressor wheel 10 passing through the suction chamber 2a sucked fresh intake air compressed and into the pressure chamber 2 B promotes. In the bypass 2c opens a throttle element 4 with an actuator 4 ' , The throttle element 4 , In the present embodiment, a valve controls or controls the of the pressure chamber 2 B through the bypass 2c in the suction room 2a recirculated air volume.

Das Drosselelement 4 ist, wie bereits erwähnt, regel- bzw. steuerbar und kann pneumatisch oder elektromagnetisch oder elektromotorisch oder hydraulisch oder selbstregelnd, durch die gezielte Auslegung der Ventilflächen und Messung des Massenstromes als Regelgröße betätigt werden. Ferner ist der Ventilsitz des Drosselelementes 4 in dem Gehäuse 6 des Abgasturboladers 1 angeordnet. Hierdurch ist eine besonders kleinbauende und kompakte Einheit erzielt. Der Bypass 2c ist vollständig in das Gehäuse 6 integriert, um eine kleinstmögliche Bauform zu erzielen. Durch die tangentiale Einmündung der Bypass-Kanäle 2d, 2d' in den Saugraum 2a ist ein maximaler Drall im Saugraum 2a erzielt, wodurch der Wirkungsgrad des Abgasturboladers 1 verbessert wird. Durch die Verteilung der Bypass-Kanäle 2d, 2d', bzw. deren Öffnungen radial am Außenumfang des Saugraumes 2a, wird ein gleichmäßiger Drall über den Umfang des Saugraumes 2a erzielt. Eine bestmögliche Vergleichmäßigung wird dadurch erzielt, dass die Öffnungen 2e, 2e' bei gleichem Abstand voneinander über den Umfang unterschiedliche Öffnungsquerschnitte aufweisen, oder gleiche Öffnungsquerschnitte bei unterschiedlichen Abständen voneinander. Auch die Kombination unterschiedlicher Abstände mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten ist möglich. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Strömungsleitelement 5 als separates Bauelement mit starrer, d. h. unveränderlicher Geometrie ausgeführt, wodurch es insbesondere im Servicefall einfach ersetzbar bzw. wechselbar ist. Für eine Anpassung der Einströmcharakteristik des Bypass-Luftstroms kann das Strömungsleitelement 5 auch über eine variable Geometrie verfügen.The throttle element 4 is, as already mentioned, regulated or controllable and can pneumatically or electromagnetically or electromotively or hydraulically or self-regulating, be actuated by the targeted design of the valve surfaces and measurement of the mass flow as a controlled variable. Furthermore, the valve seat of the throttle element 4 in the case 6 the exhaust gas turbocharger 1 arranged. As a result, a particularly compact and compact unit is achieved. The bypass 2c is completely in the case 6 integrated to achieve the smallest possible design. Due to the tangential junction of the bypass channels 2d . 2d ' in the suction room 2a is a maximum twist in the suction chamber 2a achieved, whereby the efficiency of the exhaust gas turbocharger 1 is improved. By distributing the bypass channels 2d . 2d ' , or their openings radially on the outer circumference of the suction chamber 2a , a uniform twist over the circumference of the suction chamber 2a achieved. A best possible homogenization is achieved by the openings 2e . 2e ' have at the same distance from each other over the circumference different opening cross-sections, or same opening cross-sections at different distances from each other. The combination of different distances with different opening cross sections is possible. In the present embodiment, the flow guide is 5 designed as a separate component with a rigid, ie unchangeable geometry, which makes it easily replaceable or replaceable especially in case of service. For an adaptation of the inflow of the bypass air flow, the flow guide 5 also have a variable geometry.

Im Folgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Abgasturboladers 1 anhand eines Diagramms in 3 näher beschrieben. Um bei geringen Brennkraftmaschinendrehzahlen ein Maximum an Drehmoment zu realisieren, ist es erforderlich, ein möglichst hohes Druckverhältnis zwischen dem Druckraum 2b zu dem Saugraum 2a zu erzielen. Dieses Druckverhältnis ist in dem Diagramm als Druckverhältnis P2/P1 auf der Y-Achse von dem Wert 1 bis zum Wert 3,4 über die X-Achse, die einen reduzierten Massenstrom von dem Wert 0 bis zum Wert 40 repräsentiert, aufgetragen.The following describes the mode of operation of the exhaust gas turbocharger according to the invention 1 based on a diagram in 3 described in more detail. In order to realize maximum torque at low engine speeds, it is necessary to have the highest possible pressure ratio between the pressure chamber 2 B to the suction chamber 2a to achieve. This pressure ratio is plotted in the graph as the pressure ratio P 2 / P 1 on the Y-axis from the value 1 to the value 3.4 over the X-axis representing a reduced mass flow from the value 0 to the value 40.

Das für den Abgasturbolader 1 maximale Druckverhältnis P2/P1 wird von einer Pumpgrenze 11 definiert. Bei Überschreiten der Pumpgrenze 11 kommt es zu einer sog. Ablösung und Rückströmung des Ansaugluftstroms von den Schaufeln des Verdichterrades 10 und dadurch zu erhöhten Bauteilbeanspruchungen, sowie ungewünschten Akustikabstrahlungen. In dem Diagramm sind Wirkungsgradbereiche des Abgasturboladers 1 von 60 % bis 79 % mit Linien 15, 15' bezeichnet. Diesen überlagert sind Drehzahlkennlinien 16, 16' von 85.000 bis 185.000 1/min des Abgasturboladers 1, bzw. des Verdichters 2, die sich von der Pumpgrenze 11 in Richtung eines größeren reduzierten Massenstroms erstrecken. Mit einer Linie 12 ist eine Brennkraftmaschinen-Kennlinie ohne Bypassregelung bezeichnet, mit einer Linie 14 ist eine Brennkraftmaschinen-Kennlinie mit einem geregelten Bypass bezeichnet. Deutlich erkennbar ist die Verschiebung der Brennkraftmaschinen-Kennlinie 12, in einen Bereich rechts von der Pumpgrenze 11, sowie die Verschiebung der Pumpgrenze 11 aufgrund des Vordralls 17. Die Verschiebung ist mit einem Pfeil 13 gekennzeichnet. Durch diese Verschiebung 13 werden alle oben genannten Nachteile wie Ablösung, Rückströmung und Akustikabstrahlung vermieden und der Wirkungsgrad des Abgasturboladers 1 verbessert. Mit anderen Worten: durch die geregelte Rückführung des Ansaugluftmassenstroms wird bei gleichbleibendem Druckverhältnis der Ansaugluftmassenstrom durch den Verdichter 2 erhöht. Die im Kreis gepumpte Ansaugluftmasse bewirkt den Betrieb des Verdichters 2 in einem günstigeren Wirkungsgradbereich.That for the turbocharger 1 maximum pressure ratio P 2 / P 1 is from a surge line 11 Are defined. When the surge limit is exceeded 11 There is a so-called. Ablation and back flow of the intake air flow from the blades of the compressor wheel 10 and thereby increased component stresses and unwanted acoustic emissions. The diagram shows efficiency ranges of the exhaust gas turbocharger 1 from 60% to 79% with lines 15 . 15 ' designated. These are overlaid with speed characteristics 16 . 16 ' from 85,000 to 185,000 rpm of the exhaust gas turbocharger 1 , or the compressor 2 that are different from the surge line 11 extend in the direction of a larger reduced mass flow. With a line 12 is an engine characteristic without bypass control, with a line 14 is an internal combustion engine characteristic with a regulated bypass called. Clearly visible is the shift of the engine characteristic curve 12 into an area to the right of the surge line 11 , as well as the shift of the surge line 11 because of the predrunk 17 , The shift is with an arrow 13 characterized. By this shift 13 All the above-mentioned disadvantages such as detachment, backflow and acoustic radiation are avoided and the efficiency of the exhaust gas turbocharger 1 improved. In other words: by the controlled return of the intake air mass flow is at a constant pressure ratio of the intake air mass flow through the compressor 2 elevated. The intake air mass pumped in the circle causes the operation of the compressor 2 in a more favorable efficiency range.

In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Betätigung des Drosselelementes 4 mittels einer Unterdruckdose (mechanisch), eines Elektromagneten, eines Servomotors, oder hydraulisch bzw. pneumatisch, oder selbstregelnd erfolgen. Die Rückstellung in die Ruhelage kann darüber hinaus mittels eines Federelementes, der Schwerkraft, einem elastischen Element, einer Unterdruckdose (mechanisch), einem Elektromagneten, einem Servomotor oder hydraulisch bzw. pneumatisch erfolgen. Das Drosselelement 4 kann sowohl ungeregelt, als auch geregelt (mit Wegrückmeldung) angesteuert werden, oder selbstregelnd sein. Besonders bevorzugt wird die Möglichkeit, den Ventilsitz des Drosselelementes 4 direkt in das Gehäuse 6 zu integrieren. Die Gestaltung des Drosselelementes kann je nach Anforderung an die Regelcharakteristik zylindrisch, kegelig, kugelig oder eine Kombination verschiedenster geometrischen Formen sein.In further embodiments, the operation of the throttle element 4 by means of a vacuum box (mechanical), an electromagnet, a servomotor, or hydraulically or pneumatically, or self-regulating done. The return to the rest position can also be done by means of a spring element, gravity, an elastic element, a vacuum box (mechanical), an electromagnet, a servo motor or hydraulic or pneumatic. The throttle element 4 can be controlled both unregulated and regulated (with feedback), or be self-regulating. Particularly preferred is the possibility of the valve seat of the throttle element 4 directly into the housing 6 to integrate. The design of the throttle element may be cylindrical, conical, spherical or a combination of various geometric shapes depending on the requirements of the control characteristic.

Als weiteren Vorteil bietet dieses Konstruktionsprinzip die Möglichkeit, den rückgeführten Luftstrom über mehrere, über den Umfang des Saugraums 2a verteilt angeordnete spiralförmige Kanäle einzuleiten. Voraussetzung für eine gleichmäßig verteilte Einleitung ist die genaue Abstimmung von Spiralgeometrie mit den Öffnungsquerschnitten, bzw. den eventuell vorhandenen Luftleitelementen 5. Eine zusätzliche Vergrößerung des Saugraums 2a im Bereich der Einströmöffnungen ermöglicht eine zum Großteil verlustfreie Rückführung.As a further advantage, this design principle offers the possibility of the recirculated air flow over several, over the circumference of the suction chamber 2a to initiate distributed spiral channels. Prerequisite for a uniformly distributed introduction is the exact coordination of spiral geometry with the opening cross-sections, or possibly existing air guide elements 5 , An additional enlargement of the suction chamber 2a In the area of the inlet openings, a largely lossless return allows.

11
Abgasturboladerturbocharger
22
Verdichtercompressor
2a2a
Saugraumsuction
2b2 B
Druckraumpressure chamber
2c2c
Bypassbypass
2d, 2d'2d, 2d '
Bypass-KanalBypass channel
2e, 2e'2e, 2e '
Öffnungopening
33
Blow-By Kanal und/oder Niederdruck-AbgasrückführkanalBlow-By Channel and / or low pressure exhaust gas recirculation channel
44
Drosselelementthrottle element
4'4 '
Stellvorrichtunglocking device
55
Strömungsleitelementflow guide
66
Gehäusecasing
77
LadeluftleitungTurbo pipe
88th
Ventilsitzvalve seat
99
ReinluftrohrClean air tube
1010
Verdichterradcompressor
1111
Pumpgrenzesurge line
1212
Motorkennlinie ohne BypassregelungMotor characteristic without bypass control
1313
Verschiebung des Betriebspunktesshift of the operating point
1414
Motorkennlinie mit geregeltem BypassMotor characteristic with controlled bypass
1515
WirkungsgradbereichEfficiency range
1616
DrehzahlkennlinieSpeed characteristic
1717
Verschiebung durch Vordrallshift by Vordrall

Claims (13)

Abgasturbolader (1) mit einem Verdichter (2) zur Förderung einer Ansaugluft einer Brennkraftmaschine, wobei ein Saugraum (2a) des Verdichters (2) mit einem Druckraum (2b) des Verdichters (2) gasführend über einen Bypass (2c) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drosselelement (4) in dem Bypass (2c) zur Regulierung einer Ansaugluftmenge durch den Bypass (2c) vorgesehen und der Bypass weitgehend spiralförmig um den Saugraum (2a) ausgebildet ist.Exhaust gas turbocharger ( 1 ) with a compressor ( 2 ) for conveying an intake air of an internal combustion engine, wherein a suction chamber ( 2a ) of the compressor ( 2 ) with a pressure chamber ( 2 B ) of the compressor ( 2 ) gas-conducting via a bypass ( 2c ), characterized in that a throttle element ( 4 ) in the bypass ( 2c ) for regulating an amount of intake air through the bypass ( 2c ) provided and the bypass largely spiral around the suction chamber ( 2a ) is trained. Abgasturbolader nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (2c) zumindest zwei Bypass-Kanäle (2d) mit je einer Öffnung (2e, 2e') in den Saugraum (2a) aufweist.Exhaust gas turbocharger according to claim 1, characterized in that the bypass ( 2c ) at least two bypass channels ( 2d ), each with an opening ( 2e . 2e ' ) in the suction chamber ( 2a ) having. Abgasturbolader nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypass-Kanäle (2d, 2d') weitgehend tangential in den Saugraum (2a) münden.Exhaust gas turbocharger according to claim 2, characterized in that the bypass channels ( 2d . 2d ' ) largely tangentially in the suction chamber ( 2a ). Abgasturbolader nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (2e, 2e') über den Umfang des Saugraumes (2a) unterschiedliche Öffnungsquerschnitte aufweisen.Exhaust gas turbocharger according to claim 2 or 3, characterized in that the openings ( 2e . 2e ' ) over the circumference of the suction space ( 2a ) have different opening cross sections. Abgasturbolader nach einem der Patentansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (2e, 2e') gleichmäßig und/oder ungleichmäßig beabstandet über den Umfang des Saugraumes (2a) verteilt angeordnet sind.Exhaust gas turbocharger according to one of claims 2 to 4, characterized in that the openings ( 2e . 2e ' ) uniformly and / or unevenly spaced over the circumference of the suction chamber ( 2a ) are arranged distributed. Abgasturbolader nach einem der Patentansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich einer Öffnung (2e, 2e') ein Strömungsleitelement (5) angeordnet ist.Exhaust gas turbocharger according to one of the claims 2 to 5, characterized in that at least in the region of an opening ( 2e . 2e ' ) a flow guide ( 5 ) is arranged. Abgasturbolader nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (5) ein separates Bauelement ist.Exhaust gas turbocharger according to claim 6, characterized in that the flow guide ( 5 ) is a separate component. Abgasturbolader nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (5) eine starre oder veränderbare Geometrie aufweist.Exhaust gas turbocharger according to claim 6 or 7, characterized in that the flow guide ( 5 ) has a rigid or variable geometry. Abgasturbolader einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (4) ein Ventil ist.Exhaust gas turbocharger one of the aforementioned claims, characterized in that the throttle element ( 4 ) is a valve. Abgasturbolader einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Drosselelement (4) regel- oder steuerbar oder selbstregelnd ist.Exhaust gas turbocharger one of the aforementioned claims, characterized in that throttle element ( 4 ) is regular or controllable or self-regulating. Abgasturbolader einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (4) pneumatisch oder elektromagnetisch oder elektromotorisch betätigbar istExhaust gas turbocharger one of the aforementioned claims, characterized in that the throttle element ( 4 ) is pneumatically or electromagnetically or by electric motor actuated Abgasturbolader nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, wobei der Abgasturbolader (1) ein Gehäuse (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilsitz (8) des Drosselelementes (4) in dem Gehäuse (6) angeordnet ist.Exhaust gas turbocharger according to one of the aforementioned claims, wherein the exhaust gas turbocharger ( 1 ) a housing ( 6 ), characterized in that a valve seat ( 8th ) of the throttle element ( 4 ) in the housing ( 6 ) is arranged. Abgasturbolader nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, wobei der Verdichter einen Blow-By Kanal aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Blow-By Kanal (3) weitgehend tangential in den Saugraum (2a) mündet.Exhaust gas turbocharger according to one of the aforementioned claims, wherein the compressor has a blow-by channel, characterized in that the blow-by channel ( 3 ) largely tangentially in the suction chamber ( 2a ) opens.
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