DE102007058603A1 - Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine and method for switching an air guide device of an exhaust gas turbocharger - Google Patents

Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine and method for switching an air guide device of an exhaust gas turbocharger Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (12) für eine Brennkraftmaschine (10), insbesondere für einen Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einem in einem Ansaugtrakt (14) der Brennkraftmaschine (10) anordenbaren Verdichter (13) zum Vorverdichten eines durch den Ansaugtrakt (14) auf den Verdichter (13) zu leitenden Luftstroms, wobei dem Verdichter (13) eine schaltbare Luftführungsvorrichtung (21) vorgeordnet ist, mittels welcher der Verdichter (13) auf zumindest zwei unterschiedliche Weisen mit dem Luftstrom anzuströmen ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Schalten einer Luftführungsvorrichtung (21), welche einem Verdichter (13) eines Abgasturboladers (12) einer Brennkraftmaschine (10), insbesondere eines Dieselmotors eines Kraftfahrzeugs, vorgeordnet ist.The invention relates to an exhaust gas turbocharger (12) for an internal combustion engine (10), in particular for a diesel engine of a motor vehicle, having a compressor (13) which can be arranged in an intake tract (14) of the internal combustion engine (10) for precompression of a gas through the intake tract (14) the compressor (13) for conducting air flow, the compressor (13) is preceded by a switchable air guiding device (21), by means of which the compressor (13) is inflated in at least two different ways with the air flow. The invention further relates to a method for switching an air guiding device (21), which is a compressor (13) of an exhaust gas turbocharger (12) of an internal combustion engine (10), in particular a diesel engine of a motor vehicle, upstream.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie ein Verfahren zum Schalten einer Luftführungsvorrichtung eines Abgasturboladers.The The invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine in the preamble of claim 1 specified type and a method for switching an air guiding device an exhaust gas turbocharger.

Ein derartiger Abgasturbolader ist bereits aus dem Serienfahrzeugbau bekannt und umfasst üblicherweise einen in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine anordenbaren Verdichter zum Vorverdichten eines Luftstroms, welcher durch den Ansaugtrakt auf den Verdichter zu leitenden ist. Der Verdichter übernimmt dabei das Ansaugen des Luftstroms und fördert den vorverdichteten Luftstrom weiter zur Brennkraftmaschine. Die Antriebsleistung des Verdichters wird durch eine in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordnete und über eine Welle drehfest mit dem Verdichter gekoppelte Abgasturbine geliefert, welche durch die Abgase der Brennkraftmaschine angetrieben wird, wobei die Abgasturbine mit dem Verdichter mit Hilfe einer Welle drehfest verbunden ist. Die drehfest verbundene Kombination des Verdichters, der Abgasturbine und der Welle ist üblicherweise mit Laufzeug bezeichnet. Der vom Verdichter vorverdichtete und aufgeheizte Luftstrom wird vor dem Eintritt in die Zylinder der Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Ladeluftkühlers gekühlt, um eine verbesserte Zylinderfüllung zu erzielen.One Such exhaust gas turbocharger is already out of production vehicle known and usually includes one can be arranged in an intake tract of an internal combustion engine Compressor for pre-compressing an air flow, which through the intake is to conduct to the compressor. The compressor takes over doing the suction of the air flow and promotes the pre-compressed air flow on to the internal combustion engine. The drive power of the compressor is by a arranged in an exhaust tract of the internal combustion engine and over a shaft rotatably supplied with the compressor coupled exhaust gas turbine, which is driven by the exhaust gases of the internal combustion engine, the exhaust gas turbine with the compressor by means of a shaft rotatably connected. The non-rotatably connected combination of Compressor, the exhaust turbine and the shaft is commonly referred to as a running gear. The pre-compressed and heated by the compressor air flow is before entering the cylinder of the internal combustion engine with the help of a Intercooler cooled, an improved cylinder filling to achieve.

Als nachteilig an den bekannten Abgasturboladern ist dabei jedoch der Umstand anzusehen, dass es aufgrund der Massenträgheit des Laugzeugs bei dynamischen Lastwechselvorgängen der Brennkraftmaschine, beispielsweise beim Wechsel vom Teillast- in den Vollast-Betriebsmodus, zum sogenannten "Turboloch" kommt, da das Laufzeug und damit der Verdichter erst wieder auf die geforderte Nenndrehzahl beschleunigt werden muss, um den gewünschten Ladedruck bereitstellen zu können.When However, the disadvantage of the known exhaust gas turbochargers is the It must be considered that, due to the inertia of the aircraft, it is dynamic Load changes the internal combustion engine, for example, when changing from part load in the full-load operating mode, the so-called "turbo lag" comes because the power tool and thus the Only accelerate the compressor to the required rated speed must be to the desired To provide boost pressure.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Abgasturbolader sowie ein Verfahren zum Schalten einer Luftführungsvorrichtung eines Abgasturboladers zu schaffen, welche ein verbessertes Ansprechverhalten einer Brennkraftmaschine ermöglichen.task The present invention is an exhaust gas turbocharger and a Method for switching an air guiding device of an exhaust gas turbocharger to provide what an improved response of an internal combustion engine enable.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Schalten einer Luftführungsvorrichtung eines Abgasturboladers gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Abgasturboladers – soweit anwendbar – als vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und umgekehrt anzusehen sind.The Task is achieved by an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine having the features of patent claim 1 and a method of switching an air handling device an exhaust gas turbocharger according to claim 12 solved. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments The invention are specified in the respective subclaims, wherein advantageous Embodiments of the exhaust gas turbocharger - where applicable - as advantageous Embodiments of the method and vice versa are to be considered.

Erfindungsgemäß wird ein verbessertes Ansprechverhalten einer Brennkraftmaschine dadurch ermöglicht, dass dem Verdichter eine schaltbare Luftführungsvorrichtung vorgeordnet ist, mittels welcher der Verdichter auf zumindest zwei unter schiedliche Weisen mit dem Luftstrom anzuströmen ist. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass die Anströmbedingungen des Verdichters mit Hilfe der Luftführungsvorrichtung variiert werden können, wodurch es im Gegensatz zum Stand der Technik möglich ist, den Luftstrom beispielsweise im Teillast- und im Vollast-Betriebsmodus jeweils unterschiedlich auf einen Eintrittsbereich des Verdichters zu leiten. Die Möglichkeit einer variablen Anströmung des Verdichters erlaubt daher eine verbesserte Berücksichtigung des jeweiligen Betriebsmodus der Brennkraftmaschine, woraus ein entsprechend verbessertes Ansprechverhalten derselben resultiert. Durch eine anpassbare Anströmung des Verdichters kann dessen Drehzahl beispielsweise im Teillast-Betriebsmodus angehoben werden, so dass sich beim dynamischen Lastwechsel vom Teillast- in den Vollast-Betriebsmodus die zum Beschleunigen des Verdichters auf die geforderte Nenndrehzahl benötigte Zeitspanne entsprechend verkürzt bzw. die geforderte Nenndrehzahl bereits anliegt.According to the invention is a improved response of an internal combustion engine thereby enables that the compressor upstream of a switchable air ducting device is, by means of which the compressor on at least two different ways to inflate with the airflow is. In other words, it is provided that the Anströmbedingungen of the compressor varies with the aid of the air guiding device can be whereby it is possible, in contrast to the prior art, for example, the air flow in part-load and full load operating modes, respectively to lead to an inlet region of the compressor. The possibility a variable flow the compressor therefore allows for improved consideration the respective operating mode of the internal combustion engine, from which a correspondingly improved response of the same results. Through a customizable flow the compressor can its speed, for example, in the partial load operating mode be raised so that the dynamic load change of Partial load in the full load operating mode to accelerate the Compressor to the required rated speed required time accordingly shortened or the required rated speed is already present.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Luftführungsvorrichtung zwischen einer Vor-Drallstellung, im Folgenden als Wirbelstellung bezeichnet, in welcher dem Luftstrom vor dem Anströmen des Verdichters eine Drehimpulskomponente in Form einer Umfangskomponente zu verleihen ist, und einer Leistungsstellung, in welcher der Verdichter mit einem zumindest im Wesentlichen drehimpulsfreien Luftstrom anzuströmen ist, zu schalten ist. In der Wirbelstellung kann somit die Drehzahl des Verdichters beispielsweise unter Teillast durch Veränderung der Anströmbedingungen erhöht werden, ohne dass externe Energie – beispielsweise mittels eines elektrischen Unterstutzers – eingebracht werden müsste. Der Verdichter nimmt bei in die Wirbelstellung geschalteter Luftführungsvorrichtung somit weniger Leistung auf, wodurch ein größerer Teil der von der Abgasturbine eingespeisten Leistung zur Überwindung von Lagerreibungskräften genutzt und die Drehzahl des Verdichters entsprechend angehoben werden kann. Im Idealfall entspricht die auf diese Weise erreichbare Drehzahl der geforderten Nenndrehzahl, so dass ein zumindest annähernd "drehzahlstationärer" Betrieb des Verdichters erreichbar ist. Umgekehrt kann ein Schalten der Luftführungsvorrichtung in die Leistungsstellung dazu genutzt werden, den Verdichter mit einem zumindest im Wesentlichen drehimpulsfreien Luftstrom anzuströmen, um etwa im Vollast-Betriebsmodus der Brennkraftmaschine keine Leistungsminderung zu erhalten.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the air-guiding device between a pre-twist position, hereinafter referred to as whirling position, in which the air flow before the flow of the compressor to impart a rotational momentum component in the form of a peripheral component, and a power position, in which Compressor is to flow with an at least substantially rotationally impulsive air flow is to switch. In the swirl position thus the speed of the compressor can be increased, for example, under partial load by changing the Anströmbedingungen without external energy - for example by means of an electric Unterstutzers - would have to be introduced. The compressor thus takes up less power when the air guiding device is switched to the swirling position, whereby a greater part of the power fed in by the exhaust gas turbine can be used to overcome bearing friction forces and the rotational speed of the compressor can be increased accordingly. Ideally, the achievable in this way speed corresponds to the required rated speed, so that at least approximately "speed stationary" operation of the compressor can be achieved. Conversely, a switching of the air guiding device in the power position can be used to flow the compressor with an at least substantially rotationally impulsive air flow, to about the full-load operating mode of the internal combustion engine no reduction in performance receive.

Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, dass bei in die Wirbelstellung geschalteter Luftführungsvorrichtung der dem Luftstrom zu verleihende Drall in Drehrichtung des Verdichters gerichtet ist. Somit ist eine Umlenkarbeit, welche von einem Verdichterrad des Verdichters aufzubringen ist verringert, wodurch gemäß der bekannten Eulergleichung die aufgenommene Verdichterarbeit herabgesetzt werden kann. Somit ergibt sich bei entsprechender Leistung der Abgasturbine eine erhöhte Abgasturboladerdrehzahl.there it has been shown in a further embodiment to be advantageous that when switched to the fluidized air guide device of the air flow to be awarded swirl is directed in the direction of rotation of the compressor. Thus, a deflection work, which of a compressor of the Applying compressor is reduced, whereby according to the known Euler equation the recorded compressor work be reduced can. Thus results with appropriate performance of the exhaust gas turbine an increased Turbocharger speed.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Luftführungsvorrichtung zumindest einen Vor-Drallkanal, im Weiteren als Wirbelkanal bezeichnet, und einen Leistungskanal umfasst, wobei der Luftstrom in der Wirbelstellung zumindest überwiegend durch den Wirbelkanal und in der Leistungsstellung zumindest überwiegend durch den Leistungskanal zu leiten ist. Dies stellt eine konstruktiv einfache und kostengünstige Möglichkeit dar, den Verdichter auf zumindest zwei unterschiedliche Weisen mit dem Luftstrom anzuströmen.In a further advantageous embodiment of the invention is provided that the air guiding device at least one pre-swirl channel, hereinafter referred to as swirl channel, and a power channel, wherein the air flow in the fluidized position at least predominantly through the spinal canal and in the power position, at least predominantly through the power channel. This represents a constructive simple and inexpensive possibility with the compressor in at least two different ways flow to the airflow.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass die Luftführungsvorrichtung eine Schaltklappe umfasst, mittels welcher ein Anteil des durch den Wirbelkanal und/oder durch den Leistungskanal zu leitenden Luftstroms einzustellen ist. Eine derartige Schaltklappe erlaubt ein schnelles Schalten der Luftführungsvorrichtung und kann einfach und bauraumsparend in die Luftführungsvorrichtung integriert werden. Der mittels der Schaltklappe einstellbare Anteil des Luftstroms ist dabei vorzugsweise ein Massenanteil. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass mittels der Schaltklappe der gesamte Luftstrom entweder durch den Wirbelkanal oder durch den Leistungskanal zu leiten ist. Die Schaltklappe sollte dabei vorteilhafterweise Schaltzeiten unter 100 ms aufweisen, um ein schnelles Ansprechen auf Lastwechselvorgänge der Brennkraftmaschine sicherzustellen. Ein weiterer Vorteil der Schaltklappe besteht darin, dass der angesaugte Luftstrom gezielt angedrosselt werden kann, wodurch eine Steuerung von Abgasrückführungsraten der Brennkraftmaschine ermöglicht sind, wobei eine Reduzierung der Abgasturboladerdrehzahl weitestgehend vermeidbar ist.One Another advantage arises from the fact that the air guide device a switching flap comprises, by means of which a portion of by the spinal canal and / or through the power channel to conductive airflow is set. Such a switching flap allows a fast Switch the air guide device and can be integrated easily and space-saving in the air guide device become. The adjustable by means of the switching flap portion of the air flow is preferably a mass fraction. It can also be provided be that by means of the switching flap, the entire air flow either through to conduct the spinal canal or through the power channel. The Switching flap should advantageously switching times under 100 ms to provide a fast response to load changes of the To ensure internal combustion engine. Another advantage of the switching flap is that the sucked air flow throttled specifically which allows control of exhaust gas recirculation rates of the internal combustion engine are possible wherein a reduction of the exhaust gas turbocharger speed as far as possible is avoidable.

Des Weiteren kann durch gezielte Androsselung mit Hilfe der Schaltklappe der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verschlechtert werden, wodurch die Temperatur der Abgase steigt. Dieser Effekt kann dann beispielsweise zur Verbesserung der Emissionswerte beim Kaltstart oder bei als Dieselmotoren ausgebildeten Brennkraftmaschinen zur Regeneration eines Dieselpartikelfilters bzw. eines NOX-Speicherkatalysators verwendet werden.Furthermore, the efficiency of the internal combustion engine can be worsened by targeted throttling with the aid of the switching flap, whereby the temperature of the exhaust gases increases. This effect can then be used, for example, to improve the emission values during cold start or in internal combustion engines designed as diesel engines for the regeneration of a diesel particulate filter or a NO x storage catalytic converter.

Damit der Verdichter beim Bewegen der Schaltklappe nicht durch Druckimpulse geschädigt wird, hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, dass die Schaltklappe radial gegenüber dem Leistungskanal verschwenkbar ist. Durch ein radiales Einschwenken der Schaltklappe wird sichergestellt, dass die in Richtung des Verdichters bewegte Fläche der Schaltklappe möglichst klein ist und eine entsprechend geringe Druckanregung verursacht.In order to the compressor when moving the switching flap not by pressure pulses is damaged, it has been shown in a further embodiment to be advantageous that the switching flap radially opposite to the Power channel is pivotable. By a radial swinging The switching flap will ensure that the direction of the compressor moving surface the switching flap as possible is small and causes a correspondingly low pressure excitation.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Luftführungsvorrichtung ein Luftleitelement, insbesondere ein Leitgitter, umfasst, mittels welchem eine Strömungsrichtung des Luftstroms umzulenken und/oder dem Luftstrom vor dem Anströmen des Verdichters die Drehimpulskomponente zu verleihen ist. Mit Hilfe eines derartigen Luftleitelements kann die Strömungsrichtung des Luftstroms besonders einfach und variabel umgelenkt und beispielsweise mit der Drehimpulskomponente versehen werden. Je nach Auslegung kann das Luftleitelement zu diesem Zweck eine oder mehrere Leitschaufeln mit variierbaren Schaufelprofilierungen bzw. Schaufelwinkeln oder unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte aufweisen und ist somit optimal an die jeweiligen konstruktiven Gegebenheiten anpassbar.In a further advantageous embodiment of the invention is provided that the air guiding device an air guide element, in particular a guide grid, comprises, by means of which a flow direction to divert the air flow and / or the air flow before the flow of the Compressor is to impart the angular momentum component. With help Such an air guiding element can be the flow direction of the air flow particularly easy and variable deflected and, for example, with the angular momentum component are provided. Depending on the design can the spoiler for this purpose one or more vanes with variable blade profiles or blade angles or different flow cross sections have and thus is optimal to the respective structural conditions customizable.

Dabei kann die Luftführungsvorrichtung besonders bauraumsparend ausgebildet werden, indem der Wirbelkanal an einem Außenumfang des Leistungskanals angeordnet ist.there can the air ducting device be designed to save space by the vortex channel on an outer circumference the power channel is arranged.

In weiterer Ausgestaltung hat es sich zudem als vorteilhaft gezeigt, dass der Wirbelkanal zumindest abschnittsweise spiralförmig ausgebildet ist. Dies stellt eine konstruktiv einfache Möglichkeit dar, den Wirbelkanal als Strömungsvolute ausbilden und zur gezielten Umlenkung des Luftstroms verwenden zu können.In further embodiment, it has also proved to be advantageous that the vertebral channel formed at least partially spirally is. This represents a structurally simple possibility, the spinal canal as flow volumes train and use for targeted diversion of the air flow to can.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Luftführungsvorrichtung mechanisch, insbesondere mittels einer Über- und/oder Unterdruckdose, und/oder elektronisch zu schalten ist. Dies erlaubt eine besonders variable Ausgestaltung des Abgasturboladers und eine einfache Anpassbarkeit an unterschiedliche konstruktive Gegebenheiten, Ausstattungslinien oder dergleichen.In a further advantageous embodiment of the invention is provided that the air guiding device mechanically, in particular by means of a positive and / or negative pressure can, and / or to switch electronically. This allows a very variable Design of the exhaust gas turbocharger and a simple adaptability to different constructional conditions, equipment lines or similar.

Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass der Luftführungsvorrichtung ein Gehäuse zugeordnet ist, über welches die Luftführungsvorrichtung mit dem Abgasturbolader und/oder dem Ansaugtrakt koppelbar ist. Obwohl die Luftführungsvorrichtung grundsätzlich auch in ein ohnehin vorhandenes Verdichtergehäuse des Abgasturboladers integriert sein kann, bietet ein derartiges Gehäuse den Vorteil, dass die Luftführungsvorrichtung als selbständiges Bauteil ausgebildet sein und somit einfach mit bereits vorhandenen Abgasturboladern gekoppelt bzw. als Nachrüstlösung angeboten werden kann. Weiterhin wird aufgrund der variablen Ausgestaltungsmöglichkeiten der Luftführungsvorrichtung eine Senkung der Lagerhaltungskosten sowie der Wartungs- und Reparaturkosten erreicht.Further advantages result from the fact that the air guiding device is associated with a housing, via which the air guiding device can be coupled to the exhaust gas turbocharger and / or the intake tract. Although the air guiding device can in principle also be integrated in an already existing compressor housing of the exhaust gas turbocharger, such a housing offers the advantage that the air guiding device as an independent component be formed and thus easily coupled with existing exhaust gas turbochargers or can be offered as a retrofit solution. Furthermore, a reduction of storage costs and maintenance and repair costs is achieved due to the variable design options of the air guide device.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten einer Luftführungsvorrichtung, welche einem Verdichter eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors eines Kraftfahrzeugs, vorgeordnet ist, wobei der Verdichter zum Vorverdichten eines durch den Ansaugtrakt auf den Verdichter zu leitenden Luftstroms im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angeordnet und mittels der Luftführungsvorrichtung auf zumindest zwei unterschiedliche Weisen mit dem Luftstrom anzuströmen ist, wobei die Schritte a) Ermitteln eines Betriebsmodus der Brennkraftmaschine und b) Schalten der Luftführungsvorrichtung in eine Wirbelstellung, in welcher dem Luftstrom vor dem Anströmen des Verdichters eine Drehimpulskomponente verliehen wird, falls die Brennkraftmaschine gemäß Schritt a) in einem Teillast-Betriebsmodus betrieben wird oder Schalten der Luftführungsvorrichtung in eine Leistungsstellung, in welcher der Verdichter mit einem zumindest im Wesentlichen drehimpulsfreien Luftstrom angeströmt wird, falls die Brennkraftmaschine gemäß Schritt a) in einem Vollast-Betriebsmodus betrieben wird, durchgeführt werden. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass der Verdichter des Abgasturboladers im Teillast-Betriebsmodus der Brennkraftmaschine mit einem drallbehafteten und im Vollast-Betriebsmodus mit einem zumindest im Wesentlichen drallfreien Luftstrom angeströmt wird. Auf diese Weise wird die Drehzahl des Verdichters im Teillast-Betriebsmodus ohne die Einbringung von externer Energie energetisch günstig angehoben und muss daher beim Lastwechsel in den Vollast-Betriebsmodus nicht wieder auf die geforderte Nenndrehzahl beschleunigt werden. Dies ermöglicht aufgrund des zumindest annähernd drehzahlstationären Betriebs des Verdichters ein deutlich verbessertes Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine und vermeidet das Entstehen des sogenannten Turbolochs. Weitere sich ergebende Vorteile sind bereits den vorhergehenden Beschreibungen zu entnehmen.One Another aspect of the invention relates to a method of switching an air guiding device, which a compressor of an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, in particular a diesel engine of a motor vehicle, upstream is, wherein the compressor for pre-compression of a through the intake tract on the compressor to conductive air flow in the intake of the engine arranged and by means of the air guide device is to flow in at least two different ways with the air flow, wherein the steps of a) determining an operating mode of the internal combustion engine and b) switching the air guide device in a vortex position, in which the air flow before the flow of the Compressor is given an angular momentum component, if the internal combustion engine according to step a) in a partial load operating mode operated or switching the air guide device in a power position, in which the compressor with an at least substantially rotationally impulse-free Air flow flowed is, if the internal combustion engine according to step a) operated in a full load operating mode is carried out become. In other words, it is envisaged that the compressor of the Exhaust gas turbocharger in the partial load operating mode of the internal combustion engine with a swirling and in full load operating mode with at least one Essentially swirl-free air flow is flowing. This way will the speed of the compressor in part-load operating mode without the Incorporation of external energy raised energetically and must therefore during the load change into the full-load operating mode can not be accelerated again to the required rated speed. this makes possible because of the at least approximate speed stationary Operation of the compressor significantly improved response the internal combustion engine and avoids the emergence of the so-called turbo lag. Other resulting benefits are already the previous ones Descriptions can be found.

Dabei hat es sich insbesondere bei als Dieselmotor ausgebildeten Brennkraftmaschinen als vorteilhaft gezeigt, dass die Luftführungsvorrichtung in die Wirbelstellung geschaltet wird, falls die Brennkraftmaschine gemäß Schritt a) in einen gestoppten Betriebsmodus geschaltet wird, da auf diese Weise der beim Abschalten von Dieselmotoren übliche Abschaltschlag zuverlässig unterdrückt wird.there It has especially in engine designed as a diesel engine shown as advantageous that the air guide device in the fluidized position is switched, if the internal combustion engine according to step a) is switched to a stopped operating mode because of this Way the usual shutdown of diesel engines stop is reliably suppressed.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description of an embodiment and with reference the drawings, in which the same or functionally identical elements are provided with identical reference numerals. Showing:

1 eine schematische Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader, welchem in einem Ansaugtrakt eine Luftführungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel vorgeordnet ist, wobei die Luftführüngsvorrichtung in eine Wirbelstellung geschaltet ist; 1 a schematic diagram of an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger, which is arranged upstream of an air intake device according to an embodiment in an intake duct, wherein the Luftführüngsvorrichtung is connected in a swirl position;

2 eine schematische Prinzipdarstellung der in 1 gezeigten Brennkraftmaschine, wobei die Luftführungsvorrichtung in eine Leistungsstellung geschaltet ist; 2 a schematic diagram of the in 1 shown internal combustion engine, wherein the air guiding device is connected in a power position;

3 eine perspektivische Explosionsdarstellung der in 1 und 2 gezeigten Luftführungsvorrichtung; 3 an exploded perspective view of 1 and 2 shown air guide device;

4 eine weitere perspektivische Explosionsdarstellung der Luftführungsvorrichtung; 4 a further perspective exploded view of the air guide device;

5 eine perspektivische Seitenansicht der Luftführungsvorrichtung; 5 a side perspective view of the air ducting device;

6 eine perspektivische Rückansicht der Luftführungsvorrichtung; 6 a rear perspective view of the air guide device;

7 eine perspektivische Frontalansicht der Luftführungsvorrichtung ohne Oberschale; 7 a perspective front view of the air guide device without upper shell;

8 ein Diagramm mit mehreren Vergleichsmessungen von Verdichterkennfeldern des Abgasturboladers mit und ohne die Luftführungsvorrichtung; und 8th a diagram with several comparative measurements of compressor maps of the exhaust gas turbocharger with and without the air guide device; and

9 ein Diagramm mit mehreren Motorprüfstandmessergebnissen des Abgasturboladers mit und ohne die Luftführungsvorrichtung. 9 a diagram with several engine test bench measurement results of the exhaust gas turbocharger with and without the air guide device.

1 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung einer im vorliegenden Ausführungsbeispiel als vierzylindriger Dieselmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine 10 mit einem Abgasturbolader 12, welcher einen Verdichter 13 in einem Ansaugtrakt 14 sowie eine über eine Welle 16 drehfest mit dem Verdichter 13 gekoppelte Abgasturbine 18 in einem Abgastrakt 20 umfasst. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Brennkraftmaschine 10 als Ottomotor mit geschichteter Direkteinspritzung ausgebildet ist. Die durch den Abgastrakt 20 geführten Abgase der Brennkraftmaschine 10 treiben über die Abgasturbine 18 den Verdichter 13 an, welcher dann seinerseits den durch den Ansaugtrakt 14 geleiteten Luftstrom vorverdichtet. Dem Verdichter 13 des Abgasturboladers 12 ist dabei im Ansaugtrakt 14 eine in einem Gehäuse 19 aufgenommene Luftführungsvorrichtung 21 vorgelagert, mittels welcher der Verdichter 13 auf zumindest zwei unterschiedliche Weisen mit dem Luftstrom anzuströmen ist und deren Funktionsweise im Folgenden näher erläutert werden wird. Nach dem Vorverdichten mittels des Verdichters 13 wird der Luftstrom schließlich durch einen an sich bekannten Ladeluftkühler 26 geleitet, mittels welchem die durch den Verdichter 13 aufgeheizte, vorverdichtete Luft vor dem Eintritt in die Brennkraftmaschine 10 abgekühlt wird. Die Pfeile Ia und Ib kennzeichnen dabei die Strömungsrichtung des Luftstroms im Ansaugtrakt 14, die Pfeile Ic und Id die Strömungsrichtung der durch die Verbrennung innerhalb der Brennkraftmaschine 10 entstehenden Abgase im Abgastrakt 20. 1 shows a schematic diagram of an engine designed in the present embodiment as a four-cylinder diesel engine internal combustion engine 10 with an exhaust gas turbocharger 12 , which is a compressor 13 in an intake tract 14 and one over a wave 16 non-rotatable with the compressor 13 coupled exhaust gas turbine 18 in an exhaust tract 20 includes. Alternatively, it can also be provided that the internal combustion engine 10 is designed as a gasoline engine with stratified direct injection. The through the exhaust tract 20 guided exhaust gases of the internal combustion engine 10 drive over the exhaust gas turbine 18 the compressor 13 which, in turn, passes through the intake tract 14 directed air stream precompressed. The compressor 13 the exhaust gas turbocharger 12 is in the intake tract 14 one in a housing 19 recorded Luftführungsvor direction 21 upstream, by means of which the compressor 13 in at least two different ways to flow with the air flow and their operation will be explained in more detail below. After pre-compression by means of the compressor 13 the air flow is finally through a known intercooler 26 passed, by means of which through the compressor 13 heated, pre-compressed air before entering the internal combustion engine 10 is cooled. The arrows Ia and Ib indicate the flow direction of the air flow in the intake 14 , the arrows Ic and Id the flow direction of the combustion within the internal combustion engine 10 resulting exhaust gases in the exhaust system 20 ,

Der in den Ansaugtrakt 14 eingesaugte Luftstrom wird zunächst mittels eines Luftfilters 22 gereinigt. Anschließend wird über einen dem Luftfilter 22 nachgeordneten Luftmassenmesser 24, welcher vorliegend als Heißfilmluftmassenmesser ausgebildet ist, die Masse des Luftstroms zur Steuerung des späteren Verbrennungsprozesses ermittelt. Der Luftmassenmesser 24 kann zudem gegebenenfalls wichtige Stellgrößen für ein Abgasrückführungssystem (nicht abgebildet) liefern. Die dem Verdichter 13 des Abgasturboladers 12 vorgelagerte Luftführungsvorrichtung 21 umfasst einen Wirbelkanal 28, einen Leistungskanal 30 sowie eine verschwenkbare Schaltklappe 32, mittels welcher der Luftstrom zwischen dem Wirbelkanal 28 und dem Leistungskanal 30 aufteilbar ist. Die Schaltklappe 32 ist dabei möglichst nahe am Verdichter 13 angeordnet, um das Volumen zwischen dem Verdichter 13 und der Schaltklappe 32 und damit das Volumen, innerhalb welchem sich eine Drehimpulskomponente des Luftstroms unerwünscht abschwächen könnte, möglichst gering zu halten. Die Schaltklappe 32 verschließt in der gezeigten Wirbelstellung der Luftführungsvorrichtung 21 den Leistungskanal 30 vollständig, so dass der Luftstrom ausschließlich gemäß Pfeil W durch den Wirbelkanal 28 geleitet wird. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass ein Teil des Luftstroms zusätzlich gemäß Pfeil L durch den Leistungskanal 30 geleitet wird. Durch den Wirbelkanal 28 wird der Luftstrom gleichmäßig auf ein Luftleitelement 34 verteilt, welches am Ende des Wirbelkanals 28 angeordnet ist und aus mehreren, auf einem Kreisring 36 aufgebrachten Leitschaufeln 38 besteht (s. 3). Durch die Leitschaufeln 38 wird dem Luftstrom ein Drall in Drehrichtung eines nicht näher dargestellten Verdichterrades des Verdichters 13 verliehen, ein sogenannter Mitdrall. Mit anderen Worten wird ein drallbehafteter Luftstrom erzeugt, mittels welchem der Verdichter 13 mit einem starken Mitdrall anzuströmen ist, so dass eine aerodynamische Entlastung des Verdichters 13 herbeigeführt wird und die Drehzahl des Verdichters 13 entsprechend erhöht wird. Dadurch muss der Verdichter 13 beim Lastwechsel in den Vollast-Betriebsmodus der Brennkraftmaschine (s. 2) nicht erst wieder auf die geforderte Nenndrehzahl beschleunigt werden, so dass ein schnelles Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine 10 gewährleistet ist. Eine besonders große Drehzahlsteigerung kann dadurch erzielt werden, dass dem Verdichter 13 mittels des Luftstroms ein derart starker Mitdrall aufgeprägt wird, dass der Verdichter 13 im Teillast-Betriebsmodus der Brennkraftmaschine 10 als sogenannte Kaltluftturbine bzw. Impulsturbine arbeitet.The in the intake tract 14 aspirated airflow is first by means of an air filter 22 cleaned. Subsequently, via a the air filter 22 downstream air mass meter 24 , which in the present case is designed as a hot-film air mass meter, determines the mass of the air flow for controlling the subsequent combustion process. The air mass meter 24 may also provide important control variables for an exhaust gas recirculation system (not shown). The compressor 13 the exhaust gas turbocharger 12 upstream air guiding device 21 includes a spinal canal 28 , a power channel 30 and a pivotable switching flap 32 , by means of which the air flow between the vertebral canal 28 and the power channel 30 is divisible. The switching flap 32 is as close as possible to the compressor 13 arranged the volume between the compressor 13 and the switching flap 32 and thus to minimize the volume within which an angular momentum component of the air flow could weaken undesirably. The switching flap 32 closes in the illustrated vortex position of the air guide device 21 the power channel 30 completely, so that the air flow exclusively according to arrow W through the spinal canal 28 is directed. Alternatively, however, it can also be provided that a part of the air flow additionally according to arrow L through the power channel 30 is directed. Through the spinal canal 28 the air flow is evenly applied to an air guiding element 34 distributed, which at the end of the spinal canal 28 is arranged and made up of several, on a circular ring 36 applied vanes 38 exists (s. 3 ). Through the vanes 38 the air flow is a twist in the direction of rotation of a compressor wheel, not shown, of the compressor 13 lent, a so-called Mitdrall. In other words, a swirling air flow is generated, by means of which the compressor 13 with a strong Mitdrall is influx, allowing an aerodynamic discharge of the compressor 13 is brought about and the speed of the compressor 13 is increased accordingly. This requires the compressor 13 when load changes in the full load operating mode of the internal combustion engine (s. 2 ) are not first accelerated back to the required rated speed, so that a quick response of the internal combustion engine 10 is guaranteed. A particularly large increase in speed can be achieved that the compressor 13 By means of the air flow such a strong Mitdrall is impressed that the compressor 13 in the partial load operating mode of the internal combustion engine 10 works as a so-called cold air turbine or impulse turbine.

2 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung der Brennkraftmaschine 10 gemäß 1, wobei die Luftführungsvorrichtung 21 in eine Leistungsstellung geschaltet ist, in welcher die Schaltklappe 32 sowohl den Wirbelkanal 28 als auch den Leistungskanal 30 vollständig freigibt. Der Schaltvorgang zwischen der Wirbel- und der Leistungsstellung erfolgt dabei beim Lastwechsel der Brennkraftmaschine 10 zwischen dem Teillast- und dem Vollast-Betriebsmodus. Da der Verdichter 13 im Vollast-Betriebsmodus zur Vermeidung einer Leistungsminderung der Brennkraftmaschine 10 mit möglichst drallfreier Luftströmung angeströmt werden muss, wird zumindest der überwiegende Anteil der Luftströmung in der Leistungsstellung gemäß Pfeil L durch den Leistungskanal 30 geleitet und strömt den Verdichter 13 drallfrei bzw. makroskopisch betrachtet ohne eine parallel zu einem Drehimpuls des Verdichter 13 angeordnete Drehimpulskomponente an. 2 shows a schematic diagram of the internal combustion engine 10 according to 1 , wherein the air guiding device 21 is switched to a power position, in which the switching flap 32 both the spinal canal 28 as well as the power channel 30 completely releases. The switching operation between the swirl and the power position takes place during the load change of the internal combustion engine 10 between the part-load and full load operating modes. Because the compressor 13 in the full load operating mode to avoid a reduction in performance of the internal combustion engine 10 must be flowed with the swirl-free air flow, at least the majority of the air flow in the power position according to arrow L through the power channel 30 passed and flows the compressor 13 considered spin-free or macroscopic without a parallel to an angular momentum of the compressor 13 arranged angular momentum component.

3 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung der in 1 und 2 gezeigten Luftführungsvorrichtung 21. Das mehrteilige Gehäuse 19 der Luftführungsvorrichtung 21, welches vorliegend aus Kunststoff gefertigt ist, allerdings auch aus anderen Materialen hergestellt sein kann, umfasst eine mit dem Ansaugtrakt 14 koppelbare Oberschale 40, welche eine korrespondierend mit einem Anschluss des Ansaugtrakts 14 ausgebildete Flanschstelle aufweist. Weiterhin erkennbar ist die an einer Mittelschale 41 gehaltene Schaltklappe 32, welche über eine zugeordnete Unterdruckdose 44 um die Achse III verschwenkt werden kann und in der gezeigten Leistungsstellung sowohl den Wirbelkanal 28 als auch den Leistungskanal 30 freigibt. Zur Abdichtung des Leistungskanals 30 in der Wirbelstellung ist eine teflonbeschichtete Dichtscheibe 42 außerhalb des Querschnitts des Leistungskanals 30 angeordnet, gegen welche die mit einem gewissen Lagerspiel gelagerte Schaltklappe 32 in der Wirbelstellung aufgrund des permanent vorherrschenden Unterdrucks gezogen wird. Anstelle der gezeigten Unterdruckdose 44 können auch Überdruckdosen oder elektrische Aktuatoren vorgesehen sein, welche beispielsweise über ein Motorsteuergerät (nicht abgebildet) der Brennkraftmaschine 10 angesteuert werden können. Auf der dem Verdichter 13 zugewandten Seite des Gehäuses 19 sind schließlich eine Unterschale 46 mit einer mit einem Gehäuse des Verdichters 13 korrespondierenden Flanschgeometrie sowie das bereits beschriebene Leitelement 34 erkennbar. Zur Abdichtung der Luftführungsvorrichtung 21 gegenüber dem Gehäuse des Verdichters 13 ist schließlich ein Dichtring 48 vorgesehen. Die Anbindung der Oberschale 40 an den Ansaugtrakt 14 bzw. der Unterschale 46 an den Abgasturbolader 12 kann dabei mit Hilfe von dem Fachmann geläufigen Kopplungsmitteln wie Bajonettverschlüssen, Schlauchschellen, Henn-Kupplungen und dergleichen erfolgen. 3 shows an exploded perspective view of the 1 and 2 shown air guide device 21 , The multi-part housing 19 the air guiding device 21 , which in the present case is made of plastic, but may also be made of other materials, includes one with the intake 14 coupling upper shell 40 which corresponds to a connection of the intake tract 14 having trained flange. Furthermore, it is recognizable on a middle shell 41 held switching flap 32 , which has an associated vacuum box 44 can be pivoted about the axis III and in the power position shown both the spinal canal 28 as well as the power channel 30 releases. For sealing the power channel 30 in the vortex position is a Teflon-coated gasket 42 outside the cross section of the power channel 30 arranged against which the mounted with a certain bearing clearance switching flap 32 is pulled in the vortex position due to the permanently prevailing negative pressure. Instead of the vacuum box shown 44 it is also possible to provide overpressure cans or electrical actuators, which are for example via an engine control unit (not shown) of the internal combustion engine 10 can be controlled. On the compressor 13 facing side of the housing 19 are finally a lower shell 46 with one with a housing of the compressor 13 corresponding flange geometry as well as be already described guide element 34 recognizable. For sealing the air guiding device 21 opposite the housing of the compressor 13 is finally a sealing ring 48 intended. The connection of the upper shell 40 to the intake tract 14 or the lower shell 46 to the exhaust gas turbocharger 12 can be done with the help of known in the art coupling means such as bayonet, hose clamps, Henn couplings and the like.

4 zeigt eine weitere perspektivische Explosionsdarstellung der Luftführungsvorrichtung 21. Dabei ist insbesondere der spiralförmig am Außenumfang des Leistungskanals 30 angeordnete Wirbelkanal 28 mit seinem volutenartigen Endbereich erkennbar, mittels welchem der Luftstrom gleichmäßig über das Leitelement 34 verteilt und mit einem Drall bzw. einer Drehimpulskomponente versehen werden kann. Der Wirbelkanal 28 bietet aufgrund der Umlenkung und der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms zudem den Vorteil, dass die Luftführungsvorrichtung 21 auch zur Abscheidung von Partikeln oder Wasser verwendet werden kann, was insbesondere bei Brennkraftmaschinen 10 mit Niederdruck-Abgasreinigungssystemen (nicht abgebildet) erforderlich ist. Die gezeigte Luftführungsvorrichtung 21 ermöglicht damit erhebliche Kostensenkungen aufgrund der vielfältigen Zusatzverwendungsmöglichkeiten. 4 shows a further perspective exploded view of the air guide device 21 , In particular, the spiral is on the outer circumference of the power channel 30 arranged vertebral canal 28 recognizable with its volute-like end region, by means of which the air flow uniformly over the guide element 34 can be distributed and provided with a twist or a Drehimpulskomponente. The spinal canal 28 offers due to the deflection and the high flow velocity of the air flow also has the advantage that the air guide device 21 can also be used for the separation of particles or water, which is especially in internal combustion engines 10 with low-pressure exhaust gas purification systems (not shown) is required. The air guide device shown 21 thus enables significant cost reductions due to the many additional uses.

5 zeigt eine perspektivische Seitenansicht der Luftführungsvorrichtung 21, wobei Pfeil V die Strömungsrichtung des Luftstroms innerhalb des Ansaugtrakts 14 kennzeichnet. 5 shows a perspective side view of the air guide device 21 , wherein arrow V, the flow direction of the air flow within the intake 14 features.

6 zeigt eine perspektivische Rückansicht der Luftführungsvorrichtung 21, in welcher vor allem die mit der Schaltklappe 32 gekoppelte Unterdruckdose 44 sowie das innerhalb der Unterschale 46 angeordnete Leitelement 34 mit seinen winklig angeordneten Leitschaufeln 38 erkennbar sind. 6 shows a rear perspective view of the air guide device 21 , in which especially those with the switching flap 32 coupled vacuum box 44 as well as within the lower shell 46 arranged guide element 34 with its angled vanes 38 are recognizable.

7 zeigt eine perspektivische Frontalansicht der Luftführungsvorrichtung 21, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit die Oberschale 40 nicht dargestellt ist. Dabei sind insbesondere der Leistungskanal 30 und der an dessen Außenumfang angeordnete Wirbelkanal 28 erkennbar. In der gezeigten Leistungsstellung sind sowohl der Wirbelkanal 28 als auch der Leistungskanal 30 freigegeben, so dass zumindest ein überwiegender Anteil des Luftstroms drallfrei durch den Leistungskanal 30 direkt auf den Verdichter 13 geleitet wird. Beim Schalten der Luftführungsvorrichtung 21 in die Leistungsstellung wird die Schaltklappe 32 gemäß Pfeil VII radial um die Achse III verschwenkt und verschließt dadurch den Leistungskanal 30 vollständig, so dass der angesaugte Luftstrom nur durch den Wirbelkanal 28 geleitet und mittels des Luftleitelements 34 mit einem Drall versehen wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Wirbelkanal 28 in der Leistungsstellung teilweise oder vollständig verschlossen wird. Im Gegensatz zu einer als Drosselklappe ausgebildeten Schaltklappe 32 wird aufgrund der geringen bewegten Schaltklappenfläche beim radialen Einschwenken auf den Leistungskanal 30 eine vergleichsweise geringe Druckanregung verursacht und somit der Verdichter 13 vor Beschädigungen geschützt. Die Schaltzeit der Schaltklappe 32 sollte dabei vorteilhafterweise unter 100 ms liegen. 7 shows a front perspective view of the air guide device 21 , for reasons of clarity, the upper shell 40 not shown. In particular, the power channel 30 and the vortex channel disposed on the outer periphery thereof 28 recognizable. In the shown power position, both the spinal canal 28 as well as the power channel 30 released, so that at least a major portion of the air flow through the power channel swirl-free 30 directly on the compressor 13 is directed. When switching the air guide device 21 in the power position is the switching flap 32 pivoted according to arrow VII radially about the axis III and thereby closes the power channel 30 completely, allowing the sucked airflow only through the spinal canal 28 directed and by means of the air guide 34 is provided with a twist. However, it can also be provided that the spinal canal 28 is partially or completely closed in the performance position. In contrast to a butterfly valve designed as a switching flap 32 is due to the small moving flap surface during radial pivoting on the power channel 30 causes a comparatively low pressure excitation and thus the compressor 13 protected against damage. The switching time of the switching flap 32 should advantageously be less than 100 ms.

8 zeigt ein Diagramm mit mehreren Vergleichsmessungen von Verdichterkennfeldern des Abgasturboladers 12 mit und ohne Luftführungsvorrichtung 21, wobei auf der Abszisse der reduzierte Luftmassenstrom in den Verdichter 13 und auf der Ordinate das Verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck am Verdichter 13 aufgetragen sind. Die Verdichterkennfelder, über welche eine Charakterisierung des Abgasturboladers 12 vorgenommen werden kann, zeigen dabei die Betriebsgrenzen des Verdichters 13 auf, welche durch die unterschiedlichen Verdichterdrehzahlen nverd1–5, die Pumpgrenze 50 und die Stopfgrenze 52 sichtbar sind. Die Pumpgrenze 50 markiert dabei eine Grenze, an welche sich hin zu kleineren Luftmassenströmen ein zu vermeidender Bereich mit instabilen Strömungsverhältnissen anschließt und tritt bei geringen Luftmassenströmungen bzw. bei mittleren bis hohen Druckverhältnissen auf. Damit beschränkt die Pumpgrenze 50 insbesondere bei niedrigen Drehzahlen und hohen Lasten den Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 10. Dies hat neben akustischen Nachteilen vor allem eine Anfahrschwäche des zugeordneten Kraftfahrzeugs zur Folge. Die Pumpgrenze 50a markiert dabei die Betriebsgrenzen des Abgasturboladers 12 ohne die vorgeordnete Luftführungsvorrichtung 21. Ist dem Abgasturbolader 12 hingegen die Luftführungsvorrichtung 21 – wie beispielsweise in 1 gezeigt – vorgeordnet, kann die Pumpgrenze 50 durch drallbehaftetes Anströmen des Verdichters 13 deutlich zur Pumpgrenze 50b hin verschoben werden, so dass der Abgasturbolader 12 der Brennkraftmaschine 10 bereits bei geringeren Luftmassendurchsätzen zu einem erhöhten Ladedruck und damit einem verbesserten Ansprechverhalten verhilft. Die Messungen wurden dabei mit drei unterschiedlichen Luftleitelementen 34a–c durchgeführt, welche jeweils eine unterschiedliche Anzahl an Leitschaufeln 38 mit unterschiedlichen Schaufelgeometrien aufwiesen, woraus bei in die Wirbelstellung geschalteter Luftführungsvorrichtung 21 unterschiedlich starke Drallanströmungen des Verdichters 13 und somit unterschiedliche hohe Drehzahlsteigerungen resultierten. 8th shows a diagram with several comparative measurements of compressor maps of the exhaust gas turbocharger 12 with and without air guiding device 21 , wherein on the abscissa of the reduced mass air flow in the compressor 13 and on the ordinate the ratio between inlet and outlet pressure at the compressor 13 are applied. The compressor maps, on which a characterization of the exhaust gas turbocharger 12 can be made, showing the operating limits of the compressor 13 on, which by the different compressor speeds n verd 1-5 , the surge limit 50 and the stuffing limit 52 are visible. The surge limit 50 marks a border, which is followed by an area to be avoided with unstable flow conditions towards smaller air mass flows and occurs at low air mass flows or at medium to high pressure conditions. This limits the surge line 50 especially at low speeds and high loads the operating range of the internal combustion engine 10 , This has in addition to acoustic disadvantages, especially a starting weakness of the associated motor vehicle result. The surge limit 50a marks the operating limits of the turbocharger 12 without the upstream air guiding device 21 , Is the exhaust gas turbocharger 12 whereas the air guiding device 21 - such as in 1 shown - upstream, the surge line 50 by swirling influx of the compressor 13 clearly to the surge line 50b be postponed so that the exhaust gas turbocharger 12 the internal combustion engine 10 Already at lower air mass flow rates to an increased boost pressure and thus an improved response helps. The measurements were carried out with three different air guiding elements 34a -C performed, each having a different number of vanes 38 with different blade geometries, resulting in switched to the fluidized air guide device 21 different strong swirl flows of the compressor 13 and thus different high speed increases resulted.

9 zeigt ein Diagramm mit mehreren Motorprüfstandmessergebnissen des Abgasturboladers 12 mit und ohne die Luftführungsvorrichtung 21, wobei die Luftführungsvorrichtung 21 wiederum mit den drei unterschiedlichen Luftleitelementen 34a–c versehen wurde. Im Diagramm sind dabei auf der Abszisse der Mitteldruck und auf der Ordinate die Drehzahl des Verdichters 13 aufgetragen. Die zugeordnete Brennkraftmaschine 10 wurde während den Messungen mit einer konstanten Drehzahl von nMot = 1400 min–1 betrieben. Die Verwendung der mit dem Luftleitelement 34b versehenen Luftleitvorrichtung 21 führte dabei beispielsweise bei einem Mitteldruck von etwa 1,0 bar zu einer Drehzahlsteigerung des Verdichters 13 um 63%. 9 shows a diagram with several engine test bench measurement results of the exhaust gas turbocharger 12 with and without the air guiding device 21 , wherein the air guiding device 21 again with the three different air guide elements 34a -C ver would see. In the diagram are on the abscissa of the medium pressure and on the ordinate the speed of the compressor 13 applied. The associated internal combustion engine 10 was operated during the measurements at a constant speed of n Mot = 1400 min -1. The use of the with the air guide 34b provided air deflector 21 led, for example, at a mean pressure of about 1.0 bar to increase the speed of the compressor 13 by 63%.

Claims (13)

Abgasturbolader (12) für eine Brennkraftmaschine (10), insbesondere für einen Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einem in einem Ansaugtrakt (14) der Brennkraftmaschine (10) anordenbaren Verdichter (13) zum Vorverdichten eines durch den Ansaugtrakt (14) auf den Verdichter (13) zu leitenden Luftstroms, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verdichter (13) eine schaltbare Luftführungsvorrichtung (21) vorgeordnet ist, mittels welcher der Verdichter (13) auf zumindest zwei unterschiedliche Weisen mit dem Luftstrom anzuströmen ist.Exhaust gas turbocharger ( 12 ) for an internal combustion engine ( 10 ), in particular for a diesel engine of a motor vehicle, with one in an intake tract ( 14 ) of the internal combustion engine ( 10 ) can be arranged ( 13 ) for precompressing one through the intake tract ( 14 ) on the compressor ( 13 ) to conductive air stream, characterized in that the compressor ( 13 ) a switchable air guiding device ( 21 ) upstream of which of the compressor ( 13 ) is to flow in at least two different ways with the air flow. Abgasturbolader (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungsvorrichtung (21) zwischen einer Wirbelstellung, in welcher dem Luftstrom vor dem Anströmen des Verdichters (13) eine Drehimpulskomponente zu verleihen ist, und einer Leistungsstellung, in welcher der Verdichter (13) mit einem zumindest im Wesentlichen drehimpulsfreien Luftstrom anzuströmen ist, zu schalten ist.Exhaust gas turbocharger ( 12 ) according to claim 1, characterized in that the air guiding device ( 21 ) between a fluidized position in which the air flow before the compressor ( 13 ) is to impart an angular momentum component, and a power position, in which the compressor ( 13 ) is to flow with an at least substantially rotationally impulsive air flow, is to be switched. Abgasturbolader (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei in die Wirbelstellung geschalteter Luftführungsvorrichtung (21) die dem Luftstrom zu verleihende Drehimpulskomponente parallel zu einem Drehimpuls des Verdichters (13) angeordnet ist.Exhaust gas turbocharger ( 12 ) according to claim 2, characterized in that when switched to the fluidized air guide device ( 21 ) the angular momentum component to be given to the air flow parallel to an angular momentum of the compressor ( 13 ) is arranged. Abgasturbolader (12) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungsvorrichtung (21) zumindest einen Wirbelkanal (28) und einen Leistungskanal (30) umfasst, wobei der Luftstrom in der Wirbelstellung zumindest überwiegend durch den Wirbelkanal (28) und in der Leistungsstellung zumindest überwiegend durch den Leistungskanal (30) zu leiten ist.Exhaust gas turbocharger ( 12 ) according to claim 2 or 3, characterized in that the air guiding device ( 21 ) at least one spinal canal ( 28 ) and a power channel ( 30 ), wherein the air flow in the fluidized position at least predominantly through the spinal canal ( 28 ) and in the power position at least predominantly through the power channel ( 30 ). Abgasturbolader (12) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungsvorrichtung (21) eine Schaltklappe (32) umfasst, mittels welcher ein Anteil des durch den Wirbelkanal (28) und/oder durch den Leistungskanal (30) zu leitenden Luftstroms einzustellen ist.Exhaust gas turbocharger ( 12 ) according to claim 4, characterized in that the air guiding device ( 21 ) a switching flap ( 32 ), by means of which a portion of the through the spinal canal ( 28 ) and / or through the power channel ( 30 ) is to be adjusted to conductive air flow. Abgasturbolader (12) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltklappe (32) radial gegenüber dem Leistungskanal (30) verschwenkbar ist.Exhaust gas turbocharger ( 12 ) according to claim 5, characterized in that the switching flap ( 32 ) radially opposite the power channel ( 30 ) is pivotable. Abgasturbolader (12) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungsvorrichtung (21) ein Luftleitelement (34), insbesondere ein Leitgitter, umfasst, mittels welchem eine Strömungsrichtung des Luftstroms umzulenken und/oder dem Luftstrom vor dem Anströmen des Verdichters (13) die Drehimpulskomponente zu verleihen ist.Exhaust gas turbocharger ( 12 ) according to one of claims 4 to 6, characterized in that the air guiding device ( 21 ) an air guiding element ( 34 ), in particular a guide grid, comprises, by means of which deflect a flow direction of the air flow and / or the air flow before the flow of the compressor ( 13 ) is to impart the angular momentum component. Abgasturbolader (12) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelkanal (28) an einem Außenumfang des Leistungskanals (30) angeordnet ist.Exhaust gas turbocharger ( 12 ) according to one of claims 4 to 7, characterized in that the spinal canal ( 28 ) on an outer periphery of the power channel ( 30 ) is arranged. Abgasturbolader (12) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelkanal (28) zumindest abschnittsweise spiralförmig ausgebildet ist.Exhaust gas turbocharger ( 12 ) according to one of claims 4 to 8, characterized in that the vertebral canal ( 28 ) is formed spirally at least in sections. Abgasturbolader (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungsvorrichtung (21) mechanisch, insbesondere mittels einer Über- und/oder Unterdruckdose (44), und/oder elektronisch zu schalten ist.Exhaust gas turbocharger ( 12 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the air guiding device ( 21 ) mechanically, in particular by means of a positive and / or negative pressure can ( 44 ), and / or to switch electronically. Abgasturbolader (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftführungsvorrichtung (21) ein Gehäuse (19) zugeordnet ist, über welches die Luftführungsvorrichtung (21) mit dem Abgasturbolader (12) und/oder dem Ansaugtrakt (14) koppelbar ist.Exhaust gas turbocharger ( 12 ) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the air guiding device ( 21 ) a housing ( 19 ) is assigned, via which the air guiding device ( 21 ) with the exhaust gas turbocharger ( 12 ) and / or the intake tract ( 14 ) can be coupled. Verfahren zum Schalten einer Luftführungsvorrichtung (21), welche einem Verdichter (13) eines Abgasturboladers (12) einer Brennkraftmaschine (10), insbesondere eines Dieselmotors eines Kraftfahrzeugs, vorgeordnet ist, wobei der Verdichter (13) zum Vorverdichten eines durch einen Ansaugtrakt (14) auf den Verdichter (13) zu leitenden Luftstroms im Ansaugtrakt (14) der Brennkraftmaschine (10) angeordnet und mittels der Luftführungsvorrichtung (21) auf zumindest zwei unterschiedliche Weisen mit dem Luftstrom anzuströmen ist, folgende Schritte umfassend: a) Ermitteln eines Betriebsmodus der Brennkraftmaschine (10); und b) Schalten der Luftführungsvorrichtung (21) in eine Wirbelstellung, in welcher dem Luftstrom vor dem Anströmen des Verdichters (13) eine Drehimpulskomponente verliehen wird, falls die Brennkraftmaschine (10) gemäß Schritt a) in einem Teillast-Betriebsmodus betrieben wird oder Schalten der Luftführungsvorrichtung (21) in eine Leistungsstellung, in welcher der Verdichter (13) mit einem zumindest im Wesentlichen drehimpulsfreien Luftstrom angeströmt wird, falls die Brennkraftmaschine (10) gemäß Schritt a) in einem Vollast-Betriebsmodus betrieben wird.Method for switching an air-guiding device ( 21 ), which a compressor ( 13 ) of an exhaust gas turbocharger ( 12 ) an internal combustion engine ( 10 ), in particular a diesel engine of a motor vehicle, upstream, wherein the compressor ( 13 ) for precompressing one through an intake tract ( 14 ) on the compressor ( 13 ) to conductive air flow in the intake tract ( 14 ) of the internal combustion engine ( 10 ) and by means of the air guiding device ( 21 ) in at least two different ways with the air flow, comprising the following steps: a) determining an operating mode of the internal combustion engine ( 10 ); and b) switching the air guiding device ( 21 ) in a vortex position, in which the air flow before the flow of the compressor ( 13 ) is imparted an angular momentum component if the internal combustion engine ( 10 ) is operated in a part-load operating mode according to step a) or switching the air-guiding device ( 21 ) in a power position, in which the compressor ( 13 ) is flown with an at least substantially rotational pulse-free air flow, if the internal combustion engine ( 10 ) according to step a) is operated in a full-load operating mode. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungsvorrichtung (21) in die Wirbelstellung geschaltet wird, falls die Brennkraftmaschine (10) gemäß Schritt a) in einen gestoppten Betriebsmodus geschaltet wird.Method according to claim 12, characterized in that the air guiding device ( 21 ) is switched into the swirl position, if the internal combustion engine ( 10 ) is switched to a stopped operating mode according to step a).
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