DE102005014922A1

DE102005014922A1 - Mechanischer Lader für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102005014922A1
Application number: DE102005014922A
Authority: DE
Inventors: Joerg Riegner; Jens-Uwe Kaulbach; Klaus Vehreschild
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2025-04-02
Also published as: DE102005014922B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lader (2) für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Ladergehäuse (5) und zwei im Ladergehäuse (5) drehbar gelagerten, durch die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine gegenläufig antreibbaren Rotoren (6), wobei das Ladergehäuse (5) eine Luftansaugöffnung (9) und eine Luftausstoßöffnung (10) für Ladeluft aufweist, wobei die Luftansaugöffnung (9) an einem Stirnende des Ladergehäuses angeordnet und so ausgerichtet ist, dass die Ladeluft axial in das Ladergehäuse (5) eintritt, und wobei die Luftausstoßöffnung (10) in der Nähe des anderen Stirnendes des Ladergehäuses (5) angeordnet und so ausgerichtet ist, dass die Ladeluft im Wesentlichen radial aus dem Ladergehäuse (5) austritt. Um strömungsbedingte Druckverluste im Ladergehäuse (5) zu verringern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, innerhalb des Ladergehäuses (5) in der Nähe der Luftausstoßöffnung (10) eine Luftleitfläche (18) anzuordnen, die in axialer Richtung unter einem spitzen Winkel (alpha) zu einer von den Drehachsen (7) der Rotoren (6) aufgespannten Ebene (E) geneigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Lader für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der am Anmeldetag der vorliegenden Patentanmeldung noch unveröffentlichten Deutschen Patentanmeldung DE ? der Anmelderin wurde bereits ein Lader der eingangs genannten Art vom Typ Roots/Lysholm ohne oder mit innerer Verdichtung beschrieben, bei dem die angesaugte Ladeluft an einem Stimende des Laders in axialer Richtung der Rotoren oder Drehkolben ins Innere des Ladergehäuses zugeführt und nach dem Hindurchtritt durch den Lader durch eine an der Oberseite des Ladergehäuses befindliche Luftausstoßöffnung in einen darüber angeordneten Luftverteiler strömt. Der Luftverteiler verteilt die Ladeluft auf zwei beiderseits des Laders angeordnete Ladeluftkühler, von wo aus sie in die Zylinder zugeführt wird. Bei diesem Lader muss die Ladeluft wegen der axialen Ansaugung und des radialen Ausstoßes im Ladergehäuse abrupt um 90 Grad umgelenkt werden, was zu Druckverlusten führt.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Lader der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sich strömungsbedingte Druckverluste im Lader verringern lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine in der Nähe der Luftausstoßöffnung innerhalb des Ladergehäuses angeordnete, von der Ladeluft angeströmte Luftleitfläche gelöst, die in axialer Richtung unter einem spitzen Winkel zu eine von den Drehachsen der Rotoren aufgespannten Ebene geneigt ist, so dass zumindest ein Teil der Ladeluft weniger abrupt in Richtung der Luftausstoßöffnung umgelenkt wird.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Luftleitfläche unter einem Winkel zwischen 20 und 50 Grad und vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 30 Grad zu der von den Drehachsen der Rotoren bzw. einer von der Luftausstoßöffnung aufgespannten Ebene geneigt ist, so dass die in axialer Richtung strömende Luft unter einem spitzen Winkel auf die Luftleitfläche trifft und an dieser abgelenkt wird.

Da der zur Aufnahme der Rotoren dienende Hohlraum im Ladergehäuse eine an die Form der Rotoren angepasste Form aufweisen muss, ist die Luftleitöffnung zweckmäßig auf der Abströmseite des Laders in einer vom Ladergehäuse umschlossenen Erweiterung des Hohlraums angeordnet. Diese Erweiterung ist zur Luftausstoßöffnung bzw. zu einem über der Luftausstoßöffnung angeordneten Luftverteiler hin offen, so dass der Luftstrom von der Luftleitfläche direkt in die Luftausstoßöffnung bzw. in den Luftverteiler gelenkt wird.

Da sich die Ladeluft bei ihrer Verdichtung im Lader erwärmt, ist im Ladeluftpfad hinter dem Lader zweckmäßig mindestens ein Ladeluftkühler angeordnet, bei V-Motoren vorzugsweise zwei, die bevorzugt beiderseits des Ladergehäuses zwisehen dem oberhalb des Ladergehäuses angeordneten Luftverteiler und den beiden Zylinderköpfen des Motors angeordnet sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1: eine perspektivische Ansicht eines Ladermoduls für einen V-Motor mit einem mechanischen Lader und zwei Ladeluftkühlern;
2: eine andere, teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht des Ladermoduls aus 1;
3: eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Ausschnitts aus 2;
4: eine vereinfachte Längsschnittansicht durch den Lader des Ladermoduls entlang einer vertikalen Ebene;
5: eine vereinfachte Längsschnittansicht durch den Lader des Ladermoduls entlang einer horizontalen Ebene;
6: eine vereinfachte Querschnittsansicht des Laders entlang der Linie VI-VI in 4;
7: eine vereinfachte Querschnittsansicht des Laders entlang der Linie VII-VII in 4.
Wie am besten in 1 und 2 dargestellt, besteht ein Ladermodul 1 für eine als 6-Zylinder-V-Motor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) im Wesentlichen aus einem mechanischen Lader 2, zwei beiderseits des Laders 2 angeordneten Ladeluftkühlern 3 und einem oberhalb des Laders 2 und der Kühler 3 angeordneten Luftverteiler 4.
Bei dem Lader 2 handelt es sich um einen nach dem Verdrängungsprinzip arbeitenden Verdichter, der entweder als Roots-Verdichter oder als Schraubenverdichter vom Typ Lysholm ausgebildet sein kann. Der Lader 2 umfasst ein aus Metallguss hergestelltes Ladergehäuse 5 sowie zwei Drehkolben oder Rotoren 6 (5 und 6) mit parallelen Drehachsen 7, die in einem vom Ladergehäuse 5 umschlossenen Hohlraum 8 drehbar nebeneinander gelagert sind, um Ladeluft durch eine axiale Luftansaugöffnung 9 in den Hohlraum 8 des Ladergehäuses 5 anzusaugen und durch eine radiale Luftausstoßöffnung 10 wieder aus dem Ladergehäuse 5 auszustoßen.
Wie am besten in 5 in schematischer Weise dargestellt, ist die Querschnittsform der ineinandergreifenden Rotoren 6 in bekannter Weise so gewählt, dass zwischen den Rotoren 6 und benachbarten Innenwänden 11 des Ladergehäuses 5 Kammern 12 gebildet werden, durch welche die Ladeluft von der Luftansaugöffnung 9 aus durch den Hohlraum 8 des Ladergehäuses 5 zur Luftausstoßöffnung 10 gefördert wird.
Die Rotoren 6 sind über ein Gleichlaufgetriebe (nicht dargestellt) miteinander und mit einer Verdichterantriebswelle 13 (1) des Laders 4 verbunden, deren eines Ende über einen Gehäusedeckel 14 am vorderen Stirnende des Ladergehäuses 5 übersteht und eine Riemenscheibe 15 trägt, die mittels eines Treibriemens (nicht dargestellt) von der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird.
Wie am besten in 3 und 6 dargestellt, ist die Luftansaugöffnung 9 am entgegengesetzten hinteren Stirnende des Ladergehäuses 5 angeordnet, so dass die angesaugte Ladeluft unterhalb einer von den Drehachsen 7 der beiden Rotoren 6 aufgespannten Ebene E durch die Luftansaugöffnung 9 in axialer Richtung der Rotoren 6 ins Innere des Ladergehäuses 5 eintritt. Die Luftansaugöffnung 9 ist über eine Drosselklappe mit einem Luftfilter und einem Ansaugrohr (nicht dargestellt) der Verbrennungskraftmaschine verbunden.
Die Luftausstoßöffnung 10 befindet sich an der Oberseite des Ladergehäuses 5 in einer zur Ebene E parallelen Ebene, wo das Ladergehäuse 5 einen ebenen Schraubflansch 16 für den Luftverteiler 4 aufweist. Die Luftausstoßöffnung 10 liegt im Wesentlichen in der vorderen Hälfte des Ladergehäuses 5 und verjüngt sich nach hinten zu, wie am besten in 1 und 2 dargestellt. Das hintere Ende der Luftausstoßöffnung 10 befindet sich etwa über der Mitte der beiden Rotoren 6 bzw. des Hohlraums 8.
Wegen der axialen Anordnung der Luftansaugöffnung 9 und der radialen Anordnung der Luftausstoßöffnung 10 muss die Ladeluft beim Hindurchtritt durch den Hohlraum 8 im inneren des Ladergehäuses 5 umgelenkt werden. Um die durch eine übliche 90 Grad-Umlenkung zwischen der Luftansaugöffnung 9 und der Luftausstoßöffnung 10 auftretenden Druckverluste zu verringern, weist der vom Ladergehäuse 5 umschlossene Hohlraum 8 an seinem vorderen Stirnende jenseits der Stirnenden der beiden Rotoren 6 eine Erweiterung 17 auf, wie am besten in 4 und 5 dargestellt. Die nach oben offene, ins Innere des Luftverteilers 4 mündende Erweiterung 17 liegt vollständig oberhalb der von den Drehachsen 7 der Rotoren 6 aufgespannten Ebene E und wird nach unten zu durch eine Luftleitfläche 18 begrenzt. Wie am besten in 4 dargestellt, ist die Luftleitfläche 18 unter einem Winkel α von etwa 30 Grad zur Ebene E geneigt und steigt von dieser Ebene E weg zum vorderen Stirnende des Laders 2 hin an.
Die Erweiterung 17 kann sich über die gesamte Breite des Hohlraums 8 erstrecken und über ihre gesamte Breite im Längsschnitt dasselbe Profil aufweisen, wie in 1 dargestellt.
Alternativ dazu kann die Erweiterung 17 jedoch auch schmaler als der Hohlraum 8 sein, wie in 5 dargestellt, und ein muldenförmiges, konkav gerundetes Querschnittsprofil besitzen, wie in 7 dargestellt.
Da sich die Luftausstoßöffnung 10 nach vorne bis über die Erweiterung 17 bzw. bis über das vordere Ende der Luftleitfläche 18 erstreckt, strömt zumindest ein Teil der durch das Gehäuse geförderten Ladeluft entlang der Schräge der Luftleitfläche 18 nach oben durch die Luftausstoßöffnung 10 in den Luftverteiler 4, so dass die Ladeluft innerhalb des Hohlraums 8 weniger abrupt umgelenkt wird, wie durch den Pfeil in 3 dargestellt. Dadurch können Druckverluste reduziert werden.
Nach ihrem Austritt aus der Luftausstoßöffnung 10 strömt die von den Rotoren 6 verdrängte oder verdichtete Ladeluft direkt in eine gegenüberliegende komplementäre Luftansaugöffnung in der Unterseite des Luftverteilers 4, in welchem der Luftstrom in zwei gleichgroße Teilströme aufgeteilt und zu den beiden Ladeluftkühlern 3 weiter geleitet wird.
Die beiden Ladeluftkühler 3 weisen jeweils ein Kühlergehäuse 19 auf, das an seiner Ober- und Unterseite offen ist und einen im Querschnitt etwa rechteckigen vertikalen Luftkanal 20 umschließt, der sich von oben nach unten durch das Gehäuse 19 erstreckt und eine Mehrzahl von parallelen Kühlrippen 21 enthält. Die Kühlrippen 21 werden von Kühlwasser durchströmt, das durch einen in der vorderen Begrenzungswand des Kühlergehäuses 19 angeordneten Kühlwassereinlass 22 in die Kühlrippen 21 zugeführt wird und durch einen daneben angeordneten Kühlwasserauslass 23 wieder aus dem Kühlergehäuse 19 austritt. Aus den Ladeluftkühlern 3 wird die Ladeluft in die Zylinder der Verbrennungskraftmaschine zugeführt.

1: Ladermodul
2: Lader
3: Ladeluftkühler
4: Luftverteiler
5: Ladergehäuse
6: Rotor
7: Rotordrehachse
8: Hohlraum
9: Luftansaugöffnung
10: Luftausstoßöffnung
11: Innenwand Ladergehäuse
12: Kammern
13: Verdichterantriebswelle
14: Gehäusedeckel
15: Riemenscheibe
16: Schraubflansch
17: Erweiterung
18: Luftleitfläche
19: Kühlergehäuse
20: Luftkanal
21: Kühlrippen
22: Kühlwassereinlass
23: Kühlwasserauslass
E: Ebene

Claims

Lader für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Ladergehäuse und zwei im Ladergehäuse drehbar gelagerten, durch die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine gegenläufig antreibbaren Rotoren, wobei das Ladergehäuse eine Luftansaugöffnung und eine Luftausstoßöffnung für Ladeluft aufweist, wobei die Luftansaugöffnung an einem Stirnende des Ladergehäuses angeordnet und so ausgerichtet ist, dass die Ladeluft axial in das Ladergehäuse eintritt, und wobei die Luftausstoßöffnung in der Nähe des anderen Stirnendes des Ladergehäuses angeordnet und so ausgerichtet ist, dass die Ladeluft radial aus dem Ladergehäuse austritt, gekennzeichnet durch eine in der Nähe der Luftausstoßöffnung (10) innerhalb des Ladergehäuses (5) angeordnete Luftleitfläche (18), die in axialer Richtung unter einem spitzen Winkel (α) zu einer von den Drehachsen (7) der Rotoren (6) aufgespannten Ebene (E) geneigt ist.
Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitfläche (18) unter einem Winkel (α) zwischen 20 und 50 Grad zu der von den Drehachsen (7) der Rotoren (6) aufgespannten Ebene (E) geneigt ist.
Lader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitfläche (18) unter einem Winkel (α) von etwa 30 Grad zu der von den Drehachsen (7) der Rotoren (6) aufgespannten Ebene (E) geneigt ist.
Lader nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitfläche (18) unter einem Winkel zwischen 20 und 50 Grad zu einer von der Luftausstoßöffnung (10) aufgespannten Ebene geneigt ist.
Lader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitfläche (18) unter einem Winkel von etwa 30 Grad zu der von der Luftausstoßöffnung (10) aufgespannten Ebene geneigt ist.
Lader nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Luftausstoßöffnung (10) oberhalb der Luftleitfläche (18) über das benachbarte Stirnende der Rotoren (6) hinaus erstreckt.
Lader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Luftausstoßöffnung (10) in entgegengesetzter Richtung etwa bis zur Mitte der Rotoren (6) erstreckt.
Lader nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitfläche (18) eine Erweiterung (17) eines die Rotoren (6) beherbergenden, vom Ladergehäuse (5) umschlossenen Hohlraums (8) gegenüber von der Luftausstoßöffnung (10) begrenzt.
Lader nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Erweiterung (17) von den benachbarten Stirnenden der Rotoren (6) weg verjüngt.
Lader nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterung (17) im rechten Winkel zu den Drehachsen (7) der Rotoren (6) die gleiche oder eine geringere Breite als der Hohlraum (8) besitzt.
Lader nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftansaugöffnung (9) und die Luftausstoßöffnung (10) auf entgegengesetzten Seiten der von den Drehachsen (7) der Rotoren (6) aufgespannten Ebene (E) angeordnet sind.
Lader nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen über der Luftausstoßöffnung (10) angeordneten Luftverteiler (4).
Lader nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei beiderseits des Ladergehäuses (5) angeordnete Ladeluftkühler (3).
Verbrennungskraftmaschine, gekennzeichnet durch einen Lader (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche.