DE102006007347A1 - Verdichter für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Ein Verdichter (16) für eine Brennkraftmaschine (10) weist ein Gehäuse (34); einen in dem Gehäuse definierten Zuströmkanal (36); ein Verdichterrad (38), wobei der Verdichterradeintritt (50) in dem Zuströmkanal angeordnet ist; und einen Bypasskanal (30), der eine erste Strömungsöffnung (48) stromauf des Verdichterradeintritts, eine zweite Strömungsöffnung (52) stromab des Verdichterradeintritts und eine die erste und die zweite Strömungsöffnung verbindende axiale Ringkammer (54) aufweist, auf. In der axialen Ringkammer (54) des Bypasskanals (30) ist ein Axialgitter (32) vorgesehen, das der durch den Bypasskanal (30) von der zweiten zur ersten Strömungsöffnung (52, 48) strömenden Luftmasse im Pumpgrenzenbereich des Verdichters (16) eine Mitdrallrichtung bezüglich des Luftmassestroms im Zuströmkanal (36) aufprägt, was eine aerodynamische Entlastung des Außenumfangsbereichs des Verdichterrades (38) bewirkt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Verdichter für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und insbesondere einen solchen Verdichter als Teil eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine.
  • Ein Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine weist eine im Abgasstrang angeordnete Abgasturbine, welche von den Abgasen der Brennkraftmaschine angetrieben wird, sowie einen Verdichter im Ansaugtrakt der Verbrennungsluft, dessen Verdichterrad von dem Turbinenrad über eine Welle angetrieben wird, auf. Dem Verdichterrad wird über einen Zuströmkanal Verbrennungsluft unter Atmosphärendruck zugeführt, welche über durch die Rotation des Verdichterrades auf einen erhöhten Ladedruck verdichtet wird, bevor sie den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
  • Die Entwicklung derartiger aufgeladener Brennkraftmaschinen mit einem gewünschten Momentenverhalten erfordert sowohl bei Nutzfahrzeugen als auch bei Personenkraftwagen zunehmend verbreiterte Verdichterkennfeldbereiche. Das Verdichterkennfeld, in dem das Totaldruckverhältnis (Verhältnis des Ausgangsdrucks zum Eingangsdruck des Verdichters) gegenüber dem Massedurchsatz aufgetragen ist, ist einerseits durch die Pumpgrenze des Verdichters, d.h. die minimal mögliche Volumenförderung, und andererseits durch die Stopfgrenze des Verdichters, d.h. die maximal mögliche Volumenförderung, begrenzt. Zwischen Pumpgrenze und Stopfgrenze ist ein stabiler Betrieb der Brennkraftmaschine mit konstanten Drehzahlen möglich. Bei kleineren Massedurchsätzen, d.h. links der Pumpgrenzenlage, ist ein stabiler Betrieb der Brennkraftmaschine aufgrund von Pumpstößen nicht durchführbar, wobei der Abgasturbolader hier oft bereits nach geringen Laufzeiten beschädigt wird.
  • Es werden deshalb seit einiger Zeit kennfeldstabilisierende Maßnahmen entwickelt, die auch eine Verschiebung der Pumpgrenzenlage zu kleineren Massedurchsätzen ermöglichen, wodurch das Anfahrmoment und das Beschleunigungsmoment bzw. das maximal mögliche Motormoment der Brennkraftmaschinen deutlich gesteigert werden können.
  • Als eine kennfeldstabilisierende Maßnahme wird vorgeschlagen, über der Radkontur des Verdichterrades parallel zum Zuströmkanal einen Bypasskanal in Form eines Ringspaltes innerhalb des Verdichtergehäuses vorzusehen. Dieser Bypasskanal besteht üblicherweise aus einer ersten Strömungsöffnung stromauf der Eintrittskante des Verdichterrades, einer zweiten Strömungsöffnung stromab der Eintrittskante des Verdichterrades und einer diese beiden Strömungsöffnungen verbindenden Ringkammer. Durch den parallel zum Zuströmkanal liegenden Bypasskanal ergeben sich Bypassmasseströme, die im Vergleich zu baugleichen Vorrichtungen ohne Bypass im Bereich der Pumpgrenze und im Bereich der Stopfgrenze eine Verschiebung in Richtung kleinerer bzw. größerer Massenströme ermöglichen.
  • Ein Abgasturbolader mit einem derartigen Verdichter mit Bypasskanal ist zum Beispiel in der DE 196 47 605 C2 beschrieben. In diesem Fall sind die Öffnungsbereiche der ersten und der zweiten Strömungsöffnung des Bypasskanals zusätzlich variabel ausgestaltet, um das Verdichterkennfeld nahe der Pumpgrenze und/oder der Stopfgrenze weiter optimieren zu können.
  • Ein weiterer Abgasturbolader dieser Art ist aus der DE 198 23 274 C1 bekannt. Bei diesem Verdichter ist ein zusätzliches Wandelement zum Verstellen des Öffnungsbereichs der ersten Strömungsöffnung des Bypasskanals stromauf des Verdichterradeintritts vorgesehen. Außerdem sind Streben zum Halten eines Wandabschnitts des Bypasskanals als axiales Leitgitter ausgebildet, um dem Luftmassestrom durch den Bypasskanal einen Drall aufzuprägen. Nähere Angaben zur Konstruktion dieser Streben sind in dem Dokument nicht vorhanden.
  • Weiter ist es in diesem Zusammenhang bekannt, ein Leitgitter oder mehrere Leitgitter in dem Zuströmkanal stromauf des Verdichterrades anzuordnen, um dem Luftmassestrom einen Drall aufzuprägen, der sich insbesondere im Bereich der Grenzen des Verdichterkennfeldes günstig auf das Funktionsverhalten des Verdichterrades auswirkt. Eine solche Konstruktion offenbaren beispielsweise die Druckschriften DE 102 33 042 A1 , DE 103 29 281 A1 und EP 0 749 520 B1 .
    •
  • Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdichter für eine Brennkraftmaschine vorzusehen, dessen kennfeldstabilisierende Maßnahme in Form eines Bypasskanals weiterentwickelt ist und zu einer stabileren Verschiebung der Pumpgrenzenlage des Verdichters führt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Anpassung der kennfeldstabilisierenden Maßnahme an die jeweilige Brennkraftmaschine zu ermöglichen.
  • Diese Aufgaben werden durch einen Verdichter für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Der Verdichter für eine Brennkraftmaschine enthält ein Gehäuse; einen in dem Gehäuse definierten Zuströmkanal; ein Verdichterrad, dessen Verdichterradeintritt in dem Zuströmkanal angeordnet ist; und einen Bypasskanal, der eine erste Strömungsöffnung stromauf des Verdichterradeintritts, eine zweite Strömungsöffnung stromab des Verdichterradeintritts und eine die erste und die zweite Strömungsöffnung verbindende axiale Ringkammer aufweist. Der Verdichter ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass in der axialen Ringkammer des Bypasskanals ein Axialgitter vorgesehen ist, das der durch den Bypasskanal von der zweiten zur ersten Strömungsöffnung strömenden Luftmasse im Pumpgrenzenbereich des Verdichters eine Mitdrallrichtung bezüglich des Luftmassestroms im Zuströmkanal aufprägt.
  • Das Axialgitter in der Ringkammer des Bypasskanals bewirkt einen Luftmassestrom aus der ersten Strömungsöffnung des Bypasskanals in den Zuströmkanal, der im Außenumfangsbereich des Verdichterradeintritts zusammen mit dem Hauptmassestrom entlastend wirksam wird. Eine solche aerodynamische Entlastung des äußeren Schaufelbereichs des Verdichterrades bedeutet die weitgehende Verhinderung von Strömungsablösungen, was einen stabilen Betrieb des Verdichters auch bei kleineren Massedurchsätzen, d.h. insbesondere im Bereich der Pumpgrenze ermöglicht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein engster Strömungsquerschnitt des Axialgitters kleiner oder gleich einem Strömungsquerschnitt der zweiten Strömungs öffnung des Bypasskanals. Durch diese Festlegung wird die Sensibilität der zweiten Strömungsöffnung des Bypasskanals in ihrer Wirkung gedämpft, da der sensible durchsatzbestimmende Strömungsquerschnitt des Bypasskanals im engsten Strömungsquerschnitt des Axialgitters liegt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Axialgitter bzw. sind dessen Gitterelemente in der Luftströmungsrichtung von der zweiten zur ersten Strömungsöffnung des Bypasskanals in Richtung der Umfangsrichtung des Verdichterrades nach innen gekrümmt, um die oben beschriebene gewünschte Mitdrallrichtung aufzuprägen.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Strömungsöffnung des Bypasskanals im Überdeckungsbereich des Verdichterrades ausgebildet. Alternativ ist sie radial außerhalb des Verdichterrades, d.h. stromab des Verdichterradaustritts ausgebildet.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die zweite Strömungsöffnung des Bypasskanals auch mit einer Abzapfstelle stromab des Verdichters im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, die zweite Strömungsöffnung des Bypasskanals mit einer Abzapfstelle eines Abgasstrangs der Brennkraftmaschine zu verbinden, um in die Ringkammer des Bypasskanals Abgase einzuleiten.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Strömungsöffnung des Bypasskanals in Richtung zum Zuströmkanal durch ein spezielles Wandelement begrenzt, das den Luftmassestrom aus der ersten Strömungsöffnung des Bypasskanals mit einer axialen Strömungskomponente in den Zuströmkanal einleitet.
  • In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn der Durchmesser der radialen Innenkante des Wandelements kleiner oder gleich dem Durchmesser des Zuströmkanals stromauf des Wandelements ist und der Durchmesser der radialen Innenkante des Wandelements größer oder gleich dem Durchmesser des Verdichterradeintritts ist.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Axialgitter des Bypasskanals als ein auswechselbares Modul konzipiert, sodass der Verdichter auf einfache Weise und ohne Änderungen am Gehäuse und dergleichen auf den jeweiligen Anwendungsfall bzw. die jeweilige Brennkraftmaschine optimiert werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, der eine Abgasturbine im Abgasstrang der Brennkraftmaschine sowie einen Verdichter der oben beschriebenen Art im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine aufweist.
    •
  • Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten, nicht-einschränkenden Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader mit einem Verdichter gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Schnittansicht eines Verdichters des Abgasturboladers von 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel; und
  • 3 eine vergrößerte schematische Darstellung der Konstruktion eines Axialgitters in dem Bypasskanal des Verdichters von 2.
  • Die in 1 veranschaulichte Brennkraftmaschine 10 weist einen Abgasturbolader 11 mit einer Abgasturbine 12 in einem Abgasstrang 14 der Brennkraftmaschine und einem Verdichter 16, dessen Verdichterrad vom Turbinenrad über eine Welle 18 angetrieben wird, im Ansaugtrakt 20 der Brennkraftmaschine auf. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird das Turbinenrad der Abgasturbine 12 von den Abgasen in Drehung versetzt, welche schließlich einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 21 zugeführt werden. Die Drehung des Turbinenrades wird durch die Welle 18 auf das Verdichterrad des Verdichters 16 übertragen, das so Verbrennungsluft ansaugt und auf einen erhöhten Ladedruck verdichtet.
  • Die Abgasturbine 12 kann zusätzlich mit einer variabel einstellbaren Turbinengeometrie 22 versehen sein, die eine variable Einstellung des wirksamen Strömungsquerschnitts zum Turbinenrad in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 erlaubt. Analog kann der Verdichter 16 ebenfalls mit einer variablen Verdichtergeometrie (nicht dargestellt) ausgestattet sein, die ein oder mehrere Leitgitter im Zuströmbereich des Verdichterrades umfasst, um die Strömungsverhältnisse im Verdichter in einem weiten Parameterbereich optimieren zu können.
  • Im Ansaugtrakt 20 ist stromab des Verdichters 16 ein Ladeluftkühler 24 angeordnet, der die verdichtete Ladeluft kühlt, bevor sie den Zylindern der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird. Ferner ist der Brennkraftmaschine 10 eine Abgasrückführeinrichtung 26 zugeordnet, über die Abgase aus dem Abgas strang 14 stromauf der Abgasturbine 12 in den Ansaugtrakt 20 stromab des Ladeluftkühlers 24 zurückgeführt werden können. Diese Abgasrückführeinrichtung 26 enthält eine Abgasleitung zwischen dem Abgasstrang 14 und dem Ansaugtrakt 20, eine Ventilvorrichtung und einen Abgaskühler, wie in 1 angedeutet.
  • Der Brennkraftmaschine 10 ist ferner eine Regel- und Steuereinheit 28 zugeordnet, welche in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 10 die diversen Aggregate steuert bzw. einstellt, insbesondere die Ventilvorrichtung der Abgasrückführeinrichtung 26, die variable Turbinengeometrie 22 und die variable Verdichtergeometrie.
  • Als kennfeldstabilisierende Maßnahme ist der Verdichter 16 des Abgasturboladers 11 mit einem Bypasskanal 30 versehen, in dem ein spezielles Axialgitter 32 angeordnet ist. Der Aufbau und die Anordnung dieses Bypasskanals 30 mit dem Axialgitter 32 werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 und 3 in mehr Einzelheiten erläutert.
  • 2 zeigt im Schnitt den Verdichterteil 16 des Abgasturboladers 11 von 1. Der Verdichter 16 weist ein Gehäuse 34 mit einem axial verlaufenden Zuströmkanal 36 auf, in dem das von der Abgasturbine 12 über die Welle 18 angetriebene Verdichterrad 38 angeordnet ist. Das Verdichterrad 38 saugt Verbrennungsluft in Pfeilrichtung 40 durch den Zuströmkanal 36 an und gibt sie über einen radial verlaufenden Diffusor 42 in einen Spiralkanal 44 aus. Die verdichtete Ladeluft wird aus dem Spiralkanal 44 über den Ladeluftkühler 24 den Zylindern der Brennkraftmaschine 10 zugeleitet.
  • Im Einströmbereich des Zuströmkanals 36 zweigt der Bypasskanal 30 ab, der rotationssymmetrisch zur Längsachse 46 des Verdichters 16 ausgebildet ist und über den im Wesentlichen koaxial zum Zuströmkanal 36 Luft gefördert werden kann. Der Bypasskanal 30 weist eine erste, im Wesentlichen radial verlaufende Strömungsöffnung 48 stromauf des Verdichterradeintritts 50, eine zweite Strömungsöffnung 52 stromab des Verdichterradeintritts 50 und eine die erste und die zweite Strömungsöffnung 48, 52 verbindende axiale Ringkammer 54 auf. Im Fall des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels ist die zweite Strömungsöffnung 52 stromab des Verdichterradeintritts 50, aber noch im Überdeckungsbereich des Verdichterrades 38 positioniert. Der Bypasskanal 30 verläuft im Wesentlichen konzentrisch zum Zuströmkanal 36, und die Strömungsöffnungen 48, 52 haben die Form von umlaufenden Ringnuten. Ein die Ringkammer 54 definierender und den Bypasskanal 30 von dem Zuströmkanal 36 trennender Wandabschnitt 56 ist zum Beispiel über Streben (nicht dargestellt) fest mit dem Gehäuse 34 verbunden, die den Wandabschnitt 56 mechanisch stabilisieren und versteifen.
  • Der Bypasskanal 30 wird insbesondere bei einem Betrieb des Verdichters 16 im Bereich der Pumpgrenze oder der Stopfgrenze benötigt. Bei einem Betrieb nahe der Pumpgrenze tritt ein Teilmassestrom der Luft durch die zweite Strömungsöffnung 52 stromab des Verdichterradeintritts 50 in die Ringkammer 54 ein, durchströmt den Bypasskanal 30 entgegen der Hauptströmungsrichtung der Verbrennungsluft und wird über die erste Strömungsöffnung 48 wieder in den Zuströmkanal 36 zurückgeleitet.
  • Wie in 2 dargestellt, ist die erste Strömungsöffnung 48 des Bypasskanals 30 gegenüber dem Zuströmkanal 36 durch ein spezielles Wandelement 58 begrenzt. Dieses Wandelement 58, das wahlweise auch bewegbar ausgebildet bzw. angebracht sein kann, bildet einen Rohrkrümmer, durch den der Luftstrom durch den Bypasskanal 30 aus der ersten Strömungsöffnung 48 mit einer axialen Strömungskomponente in den Zuströmkanal 36 eingeleitet wird, wie durch einen Pfeil 60 in 2 angedeutet. Mit anderen Worten wird der Luftstrom durch den Bypasskanal 30 bei der Einleitung in den Zuströmkanal 36 um 180° umgelenkt. Die radial innen liegende Düsenkontur 62 des Wandelements 58 bewirkt, dass die Luftströmung düsenförmig auf den Verdichterradeintritt 50 geführt wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verdichters 16 ist der Durchmesser D36 des Zuströmkanals 36 stromauf des Wandelements 58 größer oder gleich dem Durchmesser D62 der radialen Innenkante der Düsenkontur 62 des Wandelements 58. Außerdem ist dieser Durchmesser D62 der Düsenkontur 62 des Wandelements 58 vorzugsweise größer oder gleich dem Durchmesser D50 des Verdichterradeintritts 50. Insgesamt gilt damit bevorzugt die Beziehung D36 ≥ D62 ≥ D50
  • Wie bereits oben erwähnt, ist in der Ringkammer 54 des Bypasskanals 30 das Axialgitter 32 vorgesehen. Dieses Axialgitter 32 ist in 3 näher veranschaulicht. Der von der zweiten Strömungsöffnung 52 in die Ringkammer 54 strömende Luftmassestrom wird durch das Axialgitter 32 in eine bezüglich des Ziels der Verschiebung der Pumpgrenze vorteilhafte Strömungsrichtung umgelenkt, die nach Verlassen der ersten Strömungsöffnung 48 im Außenumfangsbereich des Verdichterradeintritts 50 mit dem Hauptmassestrom aus dem Zuströmkanal 36 aerodynamisch entlastend wirksam ist.
  • Als aerodynamisch entlastend wirksam ist die Luftströmung im Außenumfangsbereich des Verdichterradeintritts 50 dann, wenn ihr eine Mitdrallwirkung aufgeprägt wird, was durch das Axialgitter 32 in der Ringkammer 54 des Bypasskanals 30 erfolgt. Der der ersten Strömungsöffnung 48 des Bypasskanals 30 zugewandte Axialgitteraustritt 64 ist daher im Wesentlichen in der Umfangsrichtung des Verdichterrades 38 orientiert. Mit anderen Worten sind die Gitterelemente 66 des Axialgitters 32 in der Luftströmungsrichtung von der zweiten zur ersten Strömungsöffnung 52, 48 des Bypasskanals 30 in Richtung der Umfangsrichtung des Verdichterrades 38 in radialer Richtung nach innen gekrümmt, wie in 3 dargestellt.
  • Die so bewirkte aerodynamische Entlastung des äußeren Schaufelbereichs des Verdichterrades 38 bedeutet eine weitgehende Verhinderung der Strömungsablösungen, was wiederum einen stabilen Betrieb des Verdichters 38 auch bei kleinen Massedurchsätzen, d.h. im Bereich der Pumpgrenze bewirkt. Dieser Effekt kann durch eine geeignete Konstruktion der Düsenkontur 62 des Wandelements 58 noch verstärkt werden.
  • Vorzugsweise ist das Axialgitter 32 in der Ringkammer 54 des Bypasskanals 30 so ausgebildet, dass sein engster Strömungsquerschnitt A32 in der Nähe des Axialgitteraustritts 64 kleiner oder gleich dem Strömungsquerschnitt A52 der zweiten Strömungsöffnung 52 des Bypasskanals 30 ist (A32 ≤ A52).
  • Durch diese Festlegung wird die Sensibilität der zweiten Strömungsöffnung 52 in ihrer Wirkung gedämpft. Der sensible durchsatzbestimmende Strömungsquerschnitt des Bypasskanals 30 liegt in dem engsten Strömungsquerschnitt A32 des Axialgitters 32. Zur Optimierung einer dämpfenden Wirkung beziehungsweise der Reduktion von Störungen hinsichtlich der Schwingungsanregung des Radeintritts 50, kann eine Teilung t des Axialgitters 32 über dem Umfang variabel gestaltet werden.
  • Vorteilhafterweise kann das so konstruierte Axialgitter 32 als ein auswechselbares Modul konzipiert sein, sodass der Verdichter 16 ohne Änderungen des Gehäuses 34 und seiner Umgebung auf den jeweiligen Anwendungsfall optimiert werden kann.
  • Um ein für den Luftmassestrom durch den Bypasskanal 30 treibendes Druckverhältnis von der zweiten Strömungsöffnung 52 bis zum Axialgitteraustritt 64 zu bekommen, wird die zweite Strömungsöffnung 52 bevorzugt im Vergleich zu herkömmlichen Verdichtern 16 ohne Axialgitter 32 im Bypasskanal 30 an einer höheren Durchmesserposition D52 angeordnet.
  • Während die zweite Strömungsöffnung 52 in dem Ausführungsbeispiel von 2 an einer Position im Überdeckungsbereich des Verdichterrades 38 positioniert ist, ist es auch denkbar, die zweite Strömungsöffnung 52 radial außerhalb des Verdichterrades 38, d.h. stromab des Verdichterradaustritts 68 anzuordnen. Dies bedeutet, dass die zweite Strömungsöffnung 52 zum Beispiel vom Diffusor 42 oder vom Spiralkanal 44 bei einem höheren Druckniveau in die Ringkammer 54 führt.
  • Es ist ferner auch möglich, dass die zweite Strömungsöffnung 52 über einen (nicht dargestellten) Kanal mit einer Abzapfstelle 70' oder 70'' stromauf bzw. stromab des Ladeluftkühlers 24 im Ansaugtrakt 20 verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich zu den obigen Positionen der Abzapfstellen 70', 70'' und der zweiten Strömungsöffnung 52 kann die zweite Strömungsöffnung 52 über einen (nicht dargestellten) Kanal auch mit dem Abgasstrang 14 der Brennkraftmaschine 10 verbunden sein. Entsprechende Abzapfstellen 72', 72'' und 72''' liegen beispielhaft stromauf bzw. stromab der Abgasturbine 12 bzw. stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung 21. Auf diese Weise kann Frischluft und/oder Abgas in die Ringkammer 54 des Bypasskanals 30 eingeleitet werden.
  • Das Axialgitter 32 muss in Kombination mit der Position der Abzapfstelle 70', 70'', 72', 72'', 72''' so ausgelegt sein, dass die Erzeugung eines geeigneten Druckverhältnisses und Massedurchsatzes durch den Bypasskanal 30 gewährleistet ist. Dies wird zudem vom Strömungsquerschnitt A52 der zweiten Strömungsöffnung 52, dem engsten Strömungsquerschnitt A32 des Axialgitters 32 und dem Gitteraustrittswinkel α32 (siehe 3) beeinflusst, die zusammen zu den gewünschten Mitdrallintensitäten am Verdichterradeintritt 50 führen sollen.
  • Die Ringkammer 54 des Bypasskanals 30 ist in dem Beispiel von 2 rotationssymmetrisch stromauf des Axialgittereintritts 74 ausgebildet. Um die Ablösestörungen bei der Ausströmung aus der zweiten Strömungsöffnung 52 vor dem Axialgittereintritt 74 klein zu halten, sind aber auch deutlich größere Ringkammern 54 als Sammelraum vorstellbar, die eine über den Umfang nahezu gleichförmige, fast axiale Leitgitterströmung bewirken können.
    • 10
    Brennkraftmaschine
    11
    Abgasturbolader
    12
    Abgasturbine
    14
    Abgasstrang
    16
    Verdichter
    18
    Welle
    20
    Ansaugtrakt
    21
    Abgasnachbehandlungseinrichtung
    22
    variable Turbinengeometrie
    24
    Ladeluftkühler
    26
    Abgasrückführeinrichtung
    28
    Regel- und Steuereinheit
    30
    Bypasskanal
    32
    Axialgitter
    34
    Gehäuse
    36
    Zuströmkanal
    38
    Verdichterrad
    40
    Strömungsrichtung in 36
    42
    Diffusor
    44
    Spiralkanal
    46
    Längsachse
    48
    erste Strömungsöffnung
    50
    Verdichterradeintritt
    52
    zweite Strömungsöffnung
    54
    Ringkammer
    56
    Wandabschnitt
    58
    Wandelement
    60
    Strömungsrichtung
    62
    Düsenkontur
    64
    Axialgitteraustritt
    66
    Gitterelemente
    68
    Verdichterradaustritt
    70
    Abzapfstellen
    72
    Abzapfstellen
    74
    Axialgittereintritt

Claims (13)

  1. Verdichter (16) für eine Brennkraftmaschine (10), mit einem Gehäuse (34); einem in dem Gehäuse definierten Zuströmkanal (36); einem Verdichterrad (38), wobei der Verdichterradeintritt (50) in dem Zuströmkanal angeordnet ist; und einem Bypasskanal (30), der eine erste Strömungsöffnung (48) stromauf des Verdichterradeintritts, eine zweite Strömungsöffnung (52) stromab des Verdichterradeintritts und eine die erste und die zweite Strömungsöffnung verbindende axiale Ringkammer (54) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der axialen Ringkammer (54) des Bypasskanals (30) ein Axialgitter (32) vorgesehen ist, das der durch den Bypasskanal (30) von der zweiten zur ersten Strömungsöffnung (52, 48) strömenden Luftmasse im Pumpgrenzenbereich des Verdichters (16) eine Mitdrallrichtung bezüglich des Luftmassestroms im Zuströmkanal (36) aufprägt.
  2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein engster Strömungsquerschnitt (A32) des Axialgitters (32) kleiner oder gleich einem Strömungsquerschnitt (A52) der zweiten Strömungsöffnung (52) des Bypasskanals (30) ist.
  3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialgitter (32) in der Luftströmungsrichtung von der zweiten zur ersten Strömungsöffnung (52, 48) des Bypasskanals (30) in Richtung der Umfangsrichtung des Verdichterrades (38) nach innen gekrümmt ist.
  4. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialgitter (32) über seinem Umfang eine variable Teilung t aufweist.
  5. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Strömungsöffnung (52) des Bypasskanals (30) im Überdeckungsbereich des Verdichterrades (38) ausgebildet ist.
  6. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Strömungsöffnung (52) des Bypasskanals (30) radial außerhalb des Verdichterrades (38) ausgebildet ist.
  7. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Strömungsöffnung (52) des Bypasskanals (30) mit einer Abzapfstelle (70', 70'') stromab des Verdichters (16) verbunden ist.
  8. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Strömungsöffnung (52) des Bypasskanals (30) mit einer Abzapfstelle (72', 72'', 72''') eines Abgasstrang (14) der Brennkraftmaschine (10) verbunden ist.
  9. Verdichter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strömungsöffnung (48) des Bypasskanals (30) in Richtung zum Zuströmkanal (36) durch ein Wandelement (58) begrenzt ist, das den Luftmassenstrom aus der ersten Strömungsöffnung (48) des Bypasskanals (30) mit einer axialen Strömungskomponente in den Zuströmkanal (36) einleitet.
  10. Verdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D62) der radialen Innenkante des Wandelements (58) kleiner oder gleich dem Durchmesser (D36) des Zuströmkanals (36) stromauf des Wandelements ist.
  11. Verdichter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D62) der radialen Innenkante des Wandelements (58) größer oder gleich dem Durchmesser (D50) des Verdichterradeintritts (50) ist.
  12. Verdichter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialgitter (32) des Bypasskanals (30) als ein auswechselbares Modul ausgebildet ist.
  13. Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einer Abgasturbine (12) im Abgasstrang (14) der Brennkraftmaschine (10); und einem Verdichter (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 im Ansaugtrakt (20) der Brennkraftmaschine.
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