DE102005023647B4 - Abgasturbolader mit einem Verdichter - Google Patents
Abgasturbolader mit einem Verdichter Download PDFInfo
- Publication number
- DE102005023647B4 DE102005023647B4 DE102005023647.2A DE102005023647A DE102005023647B4 DE 102005023647 B4 DE102005023647 B4 DE 102005023647B4 DE 102005023647 A DE102005023647 A DE 102005023647A DE 102005023647 B4 DE102005023647 B4 DE 102005023647B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- compressor
- longitudinal axis
- exhaust gas
- chamber
- gas turbocharger
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000001914 calming effect Effects 0.000 claims abstract description 39
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 26
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 16
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001718 repressive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/70—Suction grids; Strainers; Dust separation; Cleaning
- F04D29/701—Suction grids; Strainers; Dust separation; Cleaning especially adapted for elastic fluid pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/30—Exhaust heads, chambers, or the like
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
- F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
- F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
- F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
- F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/4213—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps suction ports
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
- F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/40—Application in turbochargers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/30—Arrangement of components
- F05D2250/31—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation
- F05D2250/313—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation the axes being perpendicular to each other
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/30—Arrangement of components
- F05D2250/31—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation
- F05D2250/314—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation the axes being inclined in relation to each other
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/50—Inlet or outlet
- F05D2250/51—Inlet
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Supercharger (AREA)
Abstract
wobei
zur Strömungskonditionierung der zum Verdichter (3) strömenden Luft stromauf des Verdichtereinströmbereiches (8) eine Beruhigungskammer (12) vorgesehen ist, zu der die Luft über einen stromauf der Beruhigungskammer (12) vorgesehenen, in die Beruhigungskammer (12) führenden Einströmkanal (13) zu der Beruhigungskammer (12) strömt,
wobei eine Längsachse (16) des Einströmkanals (13) gegenüber einer Längsachse (14) der Beruhigungskammer (12) um einen Winkel (α) geneigt ist, wobei der Winkel (alpha) Werte zwischen 0° und 90° annehmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (14) der Beruhigungskammer (12) versetzt mit einem Achsenabstand (S) zur Längsachse (16) des Einströmkanals (13) liegt, wobei zur Beeinflussung der Pumpgrenze der Achsenabstand (S) zwischen der Längsachse (14), der Beruhigungskammer (12) und der Längsachse (16) des Einströmkanals (13) variabel einstellbar ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem Verdichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Abgasturbolader bestehen in der Regel aus zwei, über eine feste Welle gekoppelte Strömungsmaschinen, einer Turbine, die über den expandierenden Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine beaufschlagt wird, und einem Verdichter, der über die feste Welle von der Turbine angetrieben wird und angesaugte Luft komprimiert. Im Allgemeinen werden im Automobilbereich radiale Strömungsmaschinen, im Schiffs- und Anlagenbau axiale Strömungsmaschinen eingesetzt. Da Strömungsmaschinen ein anderes Betriebsverhalten als Brennkraftmaschinen aufweisen, gilt es den Abgasturbolader und/oder seine Peripherie so zu gestalten, dass sowohl im niedrigen als auch im oberen Last- und Drehzahlbereich für das gewünschte Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine vom Abgasturbolader ausreichend Luft zur Verfügung gestellt wird.
- Der Betriebsbereich des Verdichters wird mit abnehmendem Luftmassenstrom von der Pumpgrenze begrenzt. Ein dauerhafter Betrieb im Pumpbereich, der Verdichter arbeitet hier instabil und intermittierend, bewirkt Materialschäden am Verdichter und muss vermieden werden. In der Regel wird die Pumpgrenze des Verdichters im mittleren und oberen Last- und Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine nicht erreicht, gilt jedoch für die Brennkraftmaschine als betriebsbegrenzend im unteren bis mittleren Last- und Drehzahlbereich.
- Wird der Abgasturbolader für den Nennleistungspunkt der Brennkraftmaschine ausgelegt, so ergeben sich aufgrund der Pumpgrenze relativ geringe Druckverhältnisse am Verdichter im unteren und mittleren Last- und Drehzahlbereich, die unbefriedigende Ergebnisse des Betriebsverhaltens der Brennkraftmaschine hinsichtlich Motordrehmoment, Agilität und Verbrauch liefern. Unterschiedliche Ansätze versuchen das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine im genannten Bereich zu verbessern.
- Die Ursache der Pumpgrenze ist in den meisten Fällen das schlagartige Ablösen der Strömung in einem Eintrittsbereich der Beschaufelung eines Verdichterrades des Verdichters. Der gefährdete Bereich ist ein Eintrittsschaufelbereich der Verdichterradbeschaufelung und liegt insbesondere im Bereich eines Eintrittsaußendurchmessers der Verdichterradbeschaufelung, wo sich die aerodynamische Belastung durch eine hohe Fehleinströmung bei relativ niedrigen Massenströmen am höchsten darstellt. Die Aerodynamiker sprechen hier von einem Bauchstoß auf die Eintrittsbeschaufelung, der zur kompletten Strömungsablösung führt. Die Strömungsablösung bewirkt praktisch das vollständige Einbrechen der Druckerzeugung des Verdichters analog zum Abreißen der Strömung an einer Flugzeugtragefläche, was den Zusammenbruch der aerodynamischen Tragfähigkeit bedeuten würde.
- Eine weitere kritische Stelle für eine Strömungsablösung im Verdichter befindet sich im Eintritt des dem Verdichterrad nachgeschalteten Diffusors. Die Strömungsablösung im Diffusoreintritt kann zu der gleichen Wirkung des Druckzusammenbruchs führen, wie die Strömungsablösung am Eintrittsaußendurchmesser des Verdichterrades. Im Allgemeinen sind jedoch die Verdichter von PKW-Abgasturboladern von der aerodynamischen Auslegung her merklich sensibler am Verdichterradeintritt, weswegen sich diese Stelle in den meisten Fällen als „pumpauslösende” Stelle bemerkbar macht.
- Bevor eine völlige Strömungsablösung stattfindet, gibt es einen Durchsatzbereich bei niedrigen bis mittleren Durchsätzen des Verdichters, bei dem nur eine geringe Ablöseintensität in den Schaufelkanälen des Verdichterrades herrscht. Dies ist der intermittierende Arbeitsbereich des Verdichters. Der Verdichter wechselt in diesem Bereich zwischen einer Druckerzeugung und dem Pumpen. Diese Phase nennt man den Bereich des „Rotating Stalls”. In diesem Verdichterbetriebsbereich besteht durch die Gestaltung der Peripherie des Verdichters eine merkliche Einflussnahme auf die Größenausdehnung des Rotation Stall-Bereichs zu geringen Durchsätzen hin.
- Aus der gattungsbildenden Druckschrift
DE 101 30 415 A1 ist ein Verdichter in einem Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine bekannt. Sein Abströmbereich weist einen Verbindungskanal, eine Beruhigungskammer und einen Abströmkanal auf, wobei der Verbindungskanal mit seitlichem Versatz zur Längsmittelachse der Beruhigungskammer angeordnet ist. Durch diese Anordnung sollen die Druckpulsationen in der Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine verhindert beziehungsweise minimiert werden, die negative Auswirkungen, insbesondere in den Betriebsbereichen mit niedrigen Massenströmen, den Betriebsbereichen nahe der Pumpgrenze, haben können. - Die Druckschrift
DE 100 52 893 zeigt eine Beruhigungskammer, wobei dessen Längsachse um einen Winkel von 90° gegenüber der Längsachse des Einströmkanals des Verdichters geneigt ist. - Aus der Druckschrift
DE 198 56 275 ist die versetze Anordnung der Längsachse der Beruhigungskammer zu der Längsachse des Einströmkanals bekannt. - Die Druckschrift
US 4 389 158 A sind Verdrängungskörper im Eintrittsbereich des Eintrittskanals bekannt. - Die Druckschrift
US 2 366 010 zeigt eine zylindrische Beruhigungskammer stromab der Verdichteraustritts. - Aufgabe der Erfindung ist es, eine Konstruktion bereitzustellen, bei der die Betriebslinie des Verdichters des Abgasturboladers weg von der Pumpgrenze hin zu günstigeren Wirkungsgraden, Druckverhältnissen und Massenströmen verschoben wird, damit im unteren bis mittleren Last- und Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zufriedenstellende Ergebnisse bzgl. Drehmoment, Agilität, Emissionen und Verbrauch erzielt werden können.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
- Der erfindungsgemäße Abgasturbolader weist zur Strömungskonditionierung der zum Verdichter strömenden Luft stromauf eines Verdichtereinströmbereiches eine Beruhigungskammer auf, zu der die Luft über einen stromauf der Beruhigungskammer vorgesehenen, in die Beruhigungskammer führenden Einströmkanal zu der Beruhigungskammer strömt. Eine Längsachse des Einströmkanals ist gegenüber einer Längsachse der Beruhigungskammer um einen Winkel α, vorzugsweise zwischen 0 und 90°, geneigt und um einen variierbaren Achsenabstand s, vorzugsweise größer 0, versetzt. Durch die Neigung und dem Versatz der Längsachsen zueinander beziehungsweise durch die abgewinkelte Ausführung des Einströmkanals gegenüber der Beruhigungskammer, kann in der Weise Einfluss auf die Richtung der Strömung auf den Verdichter genommen werden, dass die Radeintrittsbeschaufelung im Mittel bei geringen Massendurchsätzen eine gezielte Drallintensität der Strömung spürt, wodurch eine aerodynamische Entlastung der Beschaufelung und damit eine Entgegenwirkung hinsichtlich der Ablöseintensität, wie sie beim Rotating Stall auftritt, erfolgt. Des Weiteren wird durch die stromauf des Verdichterrades vorgesehene Beruhigungskammer ein Druckverlust wirksam, der für eine Begünstigung der Pumpgrenzenlage sorgt, was gezielt ausgenutzt wird. Ferner kann die Variabilität des Achsabstandes der Längsachsen der Beruhigungskammer zur Längsachse des Einströmkanals zur Einflussnahme auf den Verdichterwirkungsgrad des Verdichters in unterschiedlichen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine genutzt werden.
- In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 2 weist die Beruhigungskammer einen Verdrängungskörper zur weiteren Erhöhung der Drallintensität auf.
- In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 3 besitzt der Verdrängungskörper eine strömungsbegünstigende rotationssymmetrische, zylindrische Form.
- In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist ein dem Verdichterrad zugewandter Abschnitt am Ende des Verdrängungskörpers kegelförmig ausgebildet, wobei die dem Verdichterrad zugewandte Spitze strömungsgünstig abgerundet ausgeführt ist.
- In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 5 ragt der kegelförmig ausgebildete Abschnitt des Verdrängungskörpers in einen Verdichtereinlasskanal hinein, wodurch gezielt auf die Strömungsablösung am Verdichterradeintritt Einfluss genommen werden kann.
- In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 6 ist der Verdrängungskörper zur Erhöhung der Drallintensität versetzt mit seiner Längsachse zur Längsachse des Verdichters in einem Abstand ε angeordnet.
- In einer weiteren Ausführung nach Anspruch 7 ist zur weiteren Beeinflussung der Pumpgrenze der Abstand ε zwischen der Längsachse des zylinderförmigen Körpers und der Längsachse der Beruhigungskammer variabel einstellbar, so dass, wie bereits bei der Variabilität des Achsenabstandes zwischen der Längsachse der Beruhigungskammer und der Längsachse des Einströmkanals, eine zusätzliche Einflussnahme auf den Verdichterwirkungsgrad des Verdichters in unterschiedlichen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine genutzt werden kann.
- In einer weiteren Ausführung nach Anspruch 8 ist zur Strömungsberuhigung eine größte Querschnittsfläche des Einströmkanals kleiner als eine größte Querschnittsfläche der Beruhigungskammer.
- Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
- Es zeigen:
-
1 einen Schnitt durch einen Abgasturbolader mit einer Turbine und einem Verdichter, dessen Verdichtereinströmbereich aus einem Einströmkanal, einer Beruhigungskammer und einem axialen Verdichtereinströmkanal besteht, -
2 eine Darstellung gemäß einer Schnittlinie II-II in1 , -
3 einen Schnitt durch einen Abgasturbolader entsprechend1 , wobei in der Beruhigungskammer ein Verdrängungskörper angeordnet ist und -
4 eine Darstellung gemäß einer Schnittlinie IV-IV aus3 . - In den folgenden Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.
- In
1 ist ein Abgasturbolader1 für eine nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine, ein Ottomotor oder ein Dieselmotor, dargestellt, der von den Abgasen der Brennkraftmaschine zur Erzeugung verdichteter Ladeluft angetrieben wird. Der Abgasturbolader1 umfasst eine Turbine2 und einen Verdichter3 , wobei einem Turbinenrad5 der Turbine2 über einen Spiralkanal4 das antreibende, unter Druck stehende Abgas zuzuführen ist und die Bewegung des Turbinenrades5 über eine Welle6 auf das Verdichterrad7 übertragen wird. Das Verdichterrad7 saugt über einen axialen Verdichtereinströmbereich8 Verbrennungsluft an und verdichtet diese auf einen erhöhten Ladedruck. Die verdichtete Ladeluft wird über einen das Verdichterrad7 umgreifenden Spiralkanal11 stromab des Verdichterrades7 zur Brennkraftmaschine abgeleitet. - Der Verdichtereinströmbereich
8 umfasst stromauf des Verdichterrades7 drei Abschnitte: einen axialen Verdichtereinströmkanal10 , eine Beruhigungskammer12 und einen Einströmkanal13 . Im Zusammenbau erstreckt sich der Einströmkanal13 quer zu einer Längsachse15 des Verdichters3 . Eine Längsachse14 der Beruhigungskammer12 stimmt mit der Längsachse15 des Verdichters3 überein. Die Umlenkung des in den Einströmkanal13 einströmenden, zu verdichtenden Mediums erfolgt in der Beruhigungskammer12 , die ein Verbindungselement zwischen dem axialen Verdichtereinströmkanal10 und dem Einströmkanal13 darstellt. - Die Beruhigungskammer
12 übernimmt zum einen die Funktion, das aus dem Einströmkanal13 in Radialrichtung zur Längsachse15 des Verdichters3 in die Beruhigungskammer12 einströmende Medium mit einem Drall zu versehen und in den axialen Verdichtereinströmkanal10 umzulenken. Der Verdichtereinströmkanal10 verläuft in einem Winkel α von 90° zum Einströmkanal13 . Der Winkel α wird von der Längsachse15 des Verdichters3 und einer Längsachse16 des Einströmkanals13 eingeschlossen. Zum anderen kommt der Beruhigungskammer12 die Aufgabe zu, Druckpulsationen der Brennkraftmaschine, die über eine nicht näher dargestellte Ansaugleitung zurück in den Verdichter3 übertragen werden, zu vermindern. Zur Geräuschdämmung ist die Beruhigungskammer12 idealerweise aus einem Werkstoff, insbesondere ein Kunststoff, mit guten Geräuschdämmeigenschaften aufgebaut. - Wie
1 in Verbindung mit2 zu entnehmen ist, ist die Beruhigungskammer12 zylindrisch, wobei die Längsachse14 der Beruhigungskammer12 mit der Längsachse15 des Verdichters3 übereinstimmt. Der Einströmkanal13 mündet in die Beruhigungskammer12 , wobei die Längsachse16 des Einströmkanals13 zur Längsachse14 der Beruhigungskammer12 einen Achsenabstand S aufweist. Der Achsenabstand S ist zweckmäßig so gewählt, dass eine äußere Wandung26 des Einströmkanals13 tangential in die Wandung27 der Beruhigungskammer12 so übergeht, dass das über den Einströmkanal13 in die Beruhigungskammer12 einströmende, zu verdichtende Medium unter Vermeidung von Turbulenzen einen Drall erfährt. Die Drallrichtung ist mit einer gestrichelten Linie25 in2 angedeutet. - Der Drall beziehungsweise die Drallintensität wird sowohl über das Größenverhältnis vom Achsenabstand S zu einer Mündungsquerschnittsfläche A an dem Übergang vom Einströmkanal
13 in die Beruhigungskammer12 als auch von dem Winkel α beeinflusst. Das Größenverhältnis vom Achsenabstand S zur Mündungsquerschnittsfläche A sollte zur Beeinflussung des Dralls größer als Null sein. - In der Darstellung nach
1 ist der Winkel α mit 90° festgelegt und bewirkt entsprechend dem vorgegebenen Drallverhältnis des Achsenabstandes S zur Mündungsquerschnittsfläche A das Maximum der von dem Winkel α abhängigen Drallintensität. Der Winkel α wird stark von den Bauraumgegebenheiten beeinflusst und es ist zu empfehlen, den Winkel α nicht kleiner 45° zu wählen. - Ein größter Querschnitt B des Einströmkanals
13 ist kleiner als ein größter Querschnitt C der Beruhigungskammer12 , wodurch eine Strömungsberuhigung herbeigeführt werden kann. Diese Strömungsberuhigung ist zwar mit einem geringen Druckverlust verbunden, der allerdings im Hinblick auf den positiven drucksteigernden Effekt der Beruhigungskammer12 auf das erzielte Druckverhältnis am Verdichter3 bedeutungslos ist. - In einem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechend
3 ist der erfindungsgemäße Abgasturbolader1 mit einem Verdrängungskörper17 in der Beruhigungskammer12 dargestellt. Das empirische Wissen zu den Strömungsvorgängen an der Pumpgrenze gibt den Hinweis, dass nicht die achsensymmetrische Zuströmung zu den kleinstmöglichsten Durchsätzen an der Pumpgrenze führt, sondern, dass gezielt achsenasymmetrische Strömungsverhältnisse zur Längsachse15 des Verdichters3 eine merkliche Verbesserung der Pumpgrenzenlage bewirken. Aus diesem Grunde ist in der Beruhigungskammer12 und in dem axialen Verdichtereinströmkanal10 , der einen Düsenbereich des Verdichters3 darstellt, der Verdrängungskörper17 eingebracht. Der Verdrängungskörper17 bewirkt die achsenasymmetrischen Strömungsverhältnisse zur Längsachse15 des Verdichters3 in einem Verdichterradeintritt28 des Verdichterrades7 . - Der Verdrängungskörper
17 weist eine längliche, zylindrische Form auf. Ein Abschnitt21 des Verdrängungskörpers17 ist an einem dem Verdichterrad7 zugewandten Ende20 kegelförmig ausgebildet, wobei eine dem Verdichterrad7 zugewandte Spitze22 des Abschnitts21 abgerundet ausgeführt ist. Der Verdrängungskörper17 ist an einer Wand der Beruhigungskammer12 befestigt und erstreckt sich entlang der Beruhigungskammer12 bis in den Verdichtereinströmkanal10 hinein. - Eine Zunge
29 im Spiralkanal11 stellt eine Unstetigkeitsstelle für den Verlauf der Strömung im Spiralkanal11 dar. Die an der Zunge29 veränderte Strömung hat Auswirkungen auf die Strömungsverhältnisse im Verdichterrad7 , im Spiralkanal11 und auch im Verdichtereinströmkanal10 . Zur Vermeidung negativer Auswirkungen der Strömungsverhältnisse in den genannten Bereichen des Verdichters3 auf den Verdichterwirkungsgrad ist der Verdrängungskörper17 versetzt zu der Längsachse15 des Verdichters3 angeordnet, wobei seine Längsachse18 einen Abstand ε zur Längsachse15 des Verdichters3 aufweist. - Der Verdrängungskörper
17 ist in der Beruhigungskammer12 so angeordnet, dass ein Längsschnitt durch den Verdichter3 genau an einem Zungenende30 der Zunge29 des Spiralkanals11 der Längsschnitt durch den Verdrängungskörper17 ist, in dem die wahre Größe des Abstandes ε abgebildet ist. Das heißt, der Verdrängungskörper17 ist in Abhängigkeit des Zungenendes30 der Zunge29 in der Beruhigungskammer12 zu positionieren. Bei einer Festlegung des Wertes des Abstandes ε gilt es die Strömungsverhältnisse an der Zunge29 , im Spiralkanal11 , im Verdichterrad7 und im Verdichtereinströmkanal10 zu beachten. Die genaue Anordnung des Verdrängungskörpers17 muss über Versuche oder Simulationen erfolgen. - In
4 ist ein Schnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel entlang einer Schnittlinie IV-IV dargestellt. Die exzentrische Positionierung des Verdrängungskörpers17 in Bezug zur Verdichterlängsachse15 ist so gewählt, dass der Drall der Strömung stets erhalten bleibt, wie dies beispielhaft der gestrichelte Verlauf mit dem Pfeil25 zeigt. Da sich die Strömung um den Verdrängungskörper17 windet, bleibt die Richtung des Dralls bis zum Ende des Verdrängungskörpers17 erhalten. Je weiter der Verdrängungskörper17 in den Verdichtereinströmkanal10 hineinragt, desto gezielter kann auf die Strömungsablösung beziehungsweise auf die zur Längsachse15 des Verdichters3 achsenasymmetrischen Strömungsverhältnisse im axialen Verdichtereinströmkanal10 Einfluss genommen werden. - Zur Beeinflussung der Pumpgrenze in unterschiedlichen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine sind sowohl der Achsenabstand S zwischen die Längsachse
16 des Einströmkanals13 und der Längsachse14 der Beruhigungskammer12 als auch der Abstand ε zwischen der Längsachse18 des zylinderförmigen Verdrängungskörpers17 und der Längsachse14 der Beruhigungskammer12 variabel einstellbar. - Sowohl in
1 als auch in3 weist der Verdichter3 nahe seinem Verdichterausströmbereich9 zur weiteren Strömungskonditionierung eine weitere, zweite Beruhigungskammer23 auf. Stromab des Verdichterausströmbereichs9 führt ein Verbindungskanal24 zur zweiten Beruhigungskammer23 . Weitere Merkmale und Vorteile der zweiten Beruhigungskammer23 sind der OffenlegungsschriftDE 101 30 415 A1 entnehmbar und werden daher hier nicht näher erläutert. - Zur zusätzlichen Strömungskonditionierung sind von aufeinanderstoßenden Wandungen gebildete Ecken der Beruhigungskammer
12 abgerundet ausgeführt, wobei insbesondere ein Übergangsbereich von der Beruhigungskammer12 in den Verdichtereinlasskanal10 abgerundet ausgebildet ist. Vorteilhafterweise sind die Beruhigungskammer12 und das Verdichterrad7 koaxial angeordnet. Ein ideales Volumen VB des Beruhigungsbehälters12 ist in Abhängigkeit eines Verdichterradaustrittsdurchmesser D2 wie folgt anzugeben:VB > 3·D 3 / 2.
Claims (8)
- Abgasturbolader mit einem Verdichter, mit einem Verdichterrad, das zwischen einem Verdichtereinströmbereich und einem Verdichterausströmbereich vorgesehen ist, wobei zur Strömungskonditionierung der zum Verdichter (
3 ) strömenden Luft stromauf des Verdichtereinströmbereiches (8 ) eine Beruhigungskammer (12 ) vorgesehen ist, zu der die Luft über einen stromauf der Beruhigungskammer (12 ) vorgesehenen, in die Beruhigungskammer (12 ) führenden Einströmkanal (13 ) zu der Beruhigungskammer (12 ) strömt, wobei eine Längsachse (16 ) des Einströmkanals (13 ) gegenüber einer Längsachse (14 ) der Beruhigungskammer (12 ) um einen Winkel (α) geneigt ist, wobei der Winkel (alpha) Werte zwischen 0° und 90° annehmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (14 ) der Beruhigungskammer (12 ) versetzt mit einem Achsenabstand (S) zur Längsachse (16 ) des Einströmkanals (13 ) liegt, wobei zur Beeinflussung der Pumpgrenze der Achsenabstand (S) zwischen der Längsachse (14 ), der Beruhigungskammer (12 ) und der Längsachse (16 ) des Einströmkanals (13 ) variabel einstellbar ist. - Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beruhigungskammer (
12 ) einen Verdrängungskörper (17 ) aufweist. - Abgasturbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (
17 ) eine zylindrische Form aufweist. - Abgasturbolader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (
17 ) an seinem dem Verdichterrad (7 ) zugewandten Ende (20 ) einen kegelförmig ausgebildeten Abschnitt (21 ) aufweist, wobei eine dem Verdichterrad (7 ) zugewandte Spitze (22 ) des Abschnitts (21 ) abgerundet ausgeführt ist. - Abgasturbolader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der kegelförmig ausgebildete Abschnitt (
21 ) in einen Verdichtereinlasskanal (10 ) des Verdichters (3 ) hineinragt. - Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (
17 ) mit seiner Längsachse (18 ) versetzt zu einer Längsachse (15 ) des Verdichters (3 ) unter Einhaltung eines Abstandes (ε) angeordnet ist. - Abgasturbolader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beeinflussung der Pumpgrenze der Abstand (ε) zwischen der Längsachse (
18 ) des Verdrängungskörpers (17 ) und der Längsachse (14 ) der Beruhigungskammer (12 ) variabel einstellbar ist. - Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine größte Querschnittsfläche (B) des Einströmkanals (
13 ) kleiner ausgebildet ist als eine größte Querschnittsfläche (C) der Beruhigungskammer (12 ).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102005023647.2A DE102005023647B4 (de) | 2005-05-21 | 2005-05-21 | Abgasturbolader mit einem Verdichter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102005023647.2A DE102005023647B4 (de) | 2005-05-21 | 2005-05-21 | Abgasturbolader mit einem Verdichter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102005023647A1 DE102005023647A1 (de) | 2006-11-23 |
DE102005023647B4 true DE102005023647B4 (de) | 2014-09-04 |
Family
ID=37311162
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102005023647.2A Active DE102005023647B4 (de) | 2005-05-21 | 2005-05-21 | Abgasturbolader mit einem Verdichter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102005023647B4 (de) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2915250A3 (fr) * | 2007-04-23 | 2008-10-24 | Renault Sas | Conduit d'entree d'un compresseur, destine a limiter le phenomene de pompage |
FR2921695B1 (fr) * | 2007-09-27 | 2012-10-05 | Renault Sas | Element de turbocompresseur pour moteur a combustion interne |
DE102008004746A1 (de) * | 2008-01-16 | 2009-07-23 | Behr Gmbh & Co. Kg | Gebläse, insbesondere für die Frisch- und/oder Umluftansaugung einer Fahrzeugklimaanlage |
DE102008014681A1 (de) * | 2008-03-18 | 2009-10-15 | Continental Automotive Gmbh | Verfahren zum Entgegenwirken eines Abfalls des Ladedrucks und ein Turbolader mit einer Steuerungseinrichtung zum Durchführen des Verfahrens |
DE102009012971A1 (de) * | 2009-03-12 | 2010-09-16 | Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg | Ladeeinrichtung für Brennkraftmaschinen |
DE102010033553A1 (de) | 2010-08-05 | 2012-02-09 | Daimler Ag | Verbrennungskraftmaschine |
DE102012022020B4 (de) | 2012-11-12 | 2016-05-04 | Mann + Hummel Gmbh | Abgasturboladersystem einer Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben eines solchen |
DE102017118607A1 (de) | 2017-08-15 | 2019-02-21 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Abgasturbolader |
CN110656984B (zh) * | 2019-07-29 | 2022-04-01 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 一种涡轮盘盘缘位置出口气流流量的测量装置及方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2336010A (en) * | 1942-09-17 | 1943-12-07 | Fairchild Engine & Airplane | Supercharger |
DE2500496A1 (de) * | 1974-03-18 | 1975-09-25 | Wallace Murray Corp | Kompressorvorrichtung |
US4389158A (en) * | 1980-06-06 | 1983-06-21 | Nissan Motor Co., Ltd. | Turbo compressor having a surge suppressing arrangement |
DE19856275A1 (de) * | 1998-12-07 | 2000-06-08 | Fev Motorentech Gmbh | Ladeluftverdichter für einen Kraftfahrzeugmotor |
DE10052893A1 (de) * | 2000-08-24 | 2002-03-21 | Mtm Motorentechnik Mayer Gmbh | Vorrichtung zur Verbesserung des Wirkungsgrads von vorzugsweise in Kraftfahrzeugen eingebauten Strömungsmaschinen |
DE10130415A1 (de) * | 2001-06-23 | 2003-01-02 | Daimler Chrysler Ag | Verdichter in einem Turbolader |
EP1482128A1 (de) * | 2003-05-28 | 2004-12-01 | Ford Global Technologies, LLC | Aufgeladener Verbrennungsmotor |
-
2005
- 2005-05-21 DE DE102005023647.2A patent/DE102005023647B4/de active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2336010A (en) * | 1942-09-17 | 1943-12-07 | Fairchild Engine & Airplane | Supercharger |
DE2500496A1 (de) * | 1974-03-18 | 1975-09-25 | Wallace Murray Corp | Kompressorvorrichtung |
US4389158A (en) * | 1980-06-06 | 1983-06-21 | Nissan Motor Co., Ltd. | Turbo compressor having a surge suppressing arrangement |
DE19856275A1 (de) * | 1998-12-07 | 2000-06-08 | Fev Motorentech Gmbh | Ladeluftverdichter für einen Kraftfahrzeugmotor |
DE10052893A1 (de) * | 2000-08-24 | 2002-03-21 | Mtm Motorentechnik Mayer Gmbh | Vorrichtung zur Verbesserung des Wirkungsgrads von vorzugsweise in Kraftfahrzeugen eingebauten Strömungsmaschinen |
DE10130415A1 (de) * | 2001-06-23 | 2003-01-02 | Daimler Chrysler Ag | Verdichter in einem Turbolader |
EP1482128A1 (de) * | 2003-05-28 | 2004-12-01 | Ford Global Technologies, LLC | Aufgeladener Verbrennungsmotor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102005023647A1 (de) | 2006-11-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102005023647B4 (de) | Abgasturbolader mit einem Verdichter | |
DE102005019896B4 (de) | Drallerzeugungseinrichtung | |
DE10250302B4 (de) | Drallerzeugungseinrichtung für einen Verdichter | |
EP1947299B1 (de) | Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine | |
DE60114484T2 (de) | Verdichter | |
DE102006007347A1 (de) | Verdichter für eine Brennkraftmaschine | |
EP3303849B1 (de) | Verdichter, abgasturbolader und brennkraftmaschine | |
WO2006117073A1 (de) | Abgasturbolader für eine brennkraftmaschine | |
EP2147216A1 (de) | Abgasturbolader | |
DE10130415A1 (de) | Verdichter in einem Turbolader | |
EP3682092B1 (de) | Abgasturbine mit diffusor | |
EP1532368B1 (de) | Verdichter in einem abgasturbolader für eine brennkraftmaschine | |
EP1881173B1 (de) | Multidiffusor für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, sowie Hubkolbenbrennkraftmaschine | |
WO2018029027A1 (de) | Bypass-ventil mit klappenschürze für einen abgasturbolader und abgasturbolader mit einem solchen bypass-ventil | |
DE102009024568A1 (de) | Verdichterlaufrad | |
DE19955510C1 (de) | Abgasturbolader | |
DE102013201771A1 (de) | Verdichter eines Abgasturboladers | |
DE102005011482A1 (de) | Abgasturbolader mit einem Verdichter und einer Abgasturbine | |
EP2028374B1 (de) | Drallerzeugseinrichtung | |
DE102015014900A1 (de) | Radialturbinengehäuse | |
DE102014226341A1 (de) | Verdichter, Abgasturbolader und Brennkraftmaschine | |
DE102014106415A1 (de) | Verdichtergehäuse | |
DE102013219329B4 (de) | Turbinenanordnung für eine Brennkraftmaschine und aufladbare Brennkraftmaschine | |
DE102014007181B4 (de) | Abgasturbolader für ein Antriebsaggregat | |
DE10232519A1 (de) | Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
|
R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20111220 |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: MERCEDES-BENZ GROUP AG, DE Free format text: FORMER OWNER: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE Owner name: DAIMLER AG, DE Free format text: FORMER OWNER: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: MERCEDES-BENZ GROUP AG, DE Free format text: FORMER OWNER: DAIMLER AG, STUTTGART, DE |