DE102009021968A1 - Compressor for a turbocharger and turbocharger equipped therewith - Google Patents

Compressor for a turbocharger and turbocharger equipped therewith Download PDF

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Abstract

Verdichter für einen Turbolader und damit ausgerüsteter Turbolader, wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse mit einem Lufteinlass und einem Luftauslass, eine Triebwelle, die drehbar in dem Verdichtergehäuse gelagert ist, so dass die Triebwelle über einen daran angreifenden Antrieb drehantreibbar ist, ein Verdichterlaufrad, das in dem Verdichtergehäuse in Bezug auf einen Luftströmungspfad zwischen Lufteinlass und Luftauslass auf der Triebwelle angeordnet ist und eine Zuluftöffnung aufweist zum selektiven Zuführen von Zuluft in das Verdichtergehäuse zum von dem Antrieb unabhängigen Erhöhen einer von dem Verdichter am Luftauslass bereitgestellten Luftmenge. Gemäß der Erfindung ist die Zuluftöffnung im Luftströmungspfad zwischen Verdichterlaufrad und Luftauslass angeordnet, so dass die Zuluft einem aus dem Verdichterlaufrad ausgetretenen Luftstrom zum Luftauslass hin zuführbar ist.A compressor for a turbocharger and thus equipped turbocharger, wherein the compressor is a compressor housing having an air inlet and an air outlet, a drive shaft which is rotatably supported in the compressor housing, so that the drive shaft is rotatably driven via a drive acting thereon, a compressor impeller, in the Compressor housing is arranged with respect to an air flow path between the air inlet and the air outlet on the drive shaft and an air inlet opening for selectively supplying supply air into the compressor housing for the independent of the drive increasing an amount of air provided by the compressor at the air outlet. According to the invention, the supply air opening is arranged in the air flow path between the compressor impeller and the air outlet, so that the supply air can be supplied to an airflow exiting the compressor impeller towards the air outlet.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und einen mit einem solchen Verdichter ausgerüsteten Turbolader, insbesondere Abgasturbolader.The The invention relates to a compressor according to the preamble of claim 1 and a turbocharger equipped with such a compressor, in particular Turbocharger.

In dem Projektierungshandbuch der MAN Diesel SE (mit Sitz in Augsburg in Deutschland) ist auf Seite 77 (Abschnitt 0410.02) ein Verdichter der eingangsgenannten Art beschrieben. Ein solcher wie in 1 gezeigter Verdichter 1' weist ein Verdichtergehäuse 10' mit einem Lufteinlass 11' und einem Luftauslass 12', eine Triebwelle 30', die drehbar in dem Verdichtergehäuse 10' gelagert ist, so dass die Triebwelle 30' über einen daran angreifenden Antrieb (in 1 nicht gezeigt), wie z. B. einen Elektromotor oder ein Turbinenlaufrad (beides nicht gezeigt), drehantreibbar ist, ein Verdichterlaufrad 40', das in dem Verdichtergehäuse 10' in Bezug auf einen Luftströmungspfad zwischen Lufteinlass 11' und Luftauslass 12' auf der Triebwelle 30' angeordnet ist, und eine Mehrzahl von als Düsen ausgebildeten Zuluftöffnungen 50' auf zum selektiven Zuführen von Zuluft auf das Verdichterlaufrad 40' in dem Verdichtergehäuse 10'. Damit kann das Verdichterlaufrad 10' z. B. bei einer plötzlichen Lastzunahme an einer von dem Verdichter 1' mit Luft versorgten Verbrennungsmaschine unabhängig von dem Antrieb beschleunigt werden, so dass eine von dem Verdichter 1' am Luftauslass 12' bereitgestellte Luftmenge bzw. der am Luftauslass 12' abgreifbare Ladedruck erhöht wird.The MAN Diesel SE Engineering Manual (based in Augsburg, Germany), page 77 (section 0410.02), describes a compressor of the type mentioned in the introduction. Such as in 1 shown compressor 1' has a compressor housing 10 ' with an air inlet 11 ' and an air outlet 12 ' , a shoot 30 ' rotatable in the compressor housing 10 ' is stored so that the drive shaft 30 ' via an attacking drive (in 1 not shown), such as. B. an electric motor or a turbine runner (both not shown), is rotatably driven, a compressor impeller 40 ' that is in the compressor housing 10 ' with respect to an air flow path between the air intake 11 ' and air outlet 12 ' on the drive shaft 30 ' is arranged, and a plurality of inlet openings formed as a nozzle 50 ' for selectively supplying supply air to the compressor impeller 40 ' in the compressor housing 10 ' , This allows the compressor impeller 10 ' z. B. at a sudden increase in load on one of the compressor 1' air-supplied internal combustion engine are accelerated independently of the drive, so that one of the compressor 1' at the air outlet 12 ' provided amount of air or at the air outlet 12 ' tapped boost pressure is increased.

Bei dieser Form von Drehzahlerhöhung des Verdichterrades 40', die auch als Jet Assist bezeichnet wird, wird Zuluft durch die düsenförmigen Zuluftöffnungen 50', welche in einem Einsatzstück 13', das in das Verdichtergehäuse 10' eingesetzt ist, so dass das Einsatzstück 13' das Verdichterlaufrad 40' lufteinlassseitig radial umschließt, ausgebildet sind, auf die Beschaufelung des Verdichterlaufrades 40 geblasen. Dadurch wird das Verdichterlaufrad beschleunigt und fördert somit mehr Luft zu der Verbrennungsmaschine, wodurch deren Lastaufschaltverhalten verbessert ist.In this form of speed increase of the compressor wheel 40 ' , which is also referred to as Jet Assist, supply air through the nozzle-shaped air inlet openings 50 ' which is in an insert 13 ' that is in the compressor housing 10 ' is inserted so that the insert piece 13 ' the compressor impeller 40 ' Air inlet radially encloses, are formed on the blading of the compressor impeller 40 blown. As a result, the compressor impeller is accelerated and thus promotes more air to the internal combustion engine, whereby their Lastaufschaltverhalten is improved.

Jet Assist wird üblicherweise bevorzugt bei niedrigen Drehzahlbereichen angewendet. Trotzdem kann durch den Luftstrahl der Zuluft die Beschaufelung des Verdichterlaufrades 40' zu Schwingungen angeregt werden. Solche Schwingungen können jedoch zu Brüchen führen. Um den Schwingungen entgegenzuwirken, kann der Druck der auf die Beschaufelung aufzublasenden Zuluft beschränkt werden, was jedoch gleichzeitig die der Verbrennungsmaschine per Druckluftbeschleunigung zusätzlich bereitstellbare Luftmenge begrenzt.Jet Assist is usually preferred for low speed ranges. Nevertheless, by the air stream of the supply air, the blading of the compressor impeller 40 ' be excited to vibrate. However, such vibrations can lead to fractures. In order to counteract the vibrations, the pressure of the supply air to be inflated onto the blading can be limited, but at the same time limits the amount of air that can additionally be supplied to the internal combustion engine by means of compressed air acceleration.

Außerdem können die Zuluftöffnungen 50' auch im hohen Lastbereich, in dem keine Zuluft zugeführt wird, allein durch ihre Existenz zu einer Schwingungsanregung der Beschaufelung des Verdichterlaufrades 40' führen. Das Aufdicken der Beschaufelung zur Verringerung der Schwingungsbelastung ist wegen des Wirkungsgradabfalles und der geringeren Schluckfähigkeit des Verdichterlaufrades 40' nicht gewünscht. Die Zuluftöffnungen 50' im Einsatzstück 13' können den Wirkungsgrad des Verdichters 1' zusätzlich verringern, da durch das ”Überwischen” der Beschaufelung des Verdichterlaufrades 40' Randverluste entstehen können.In addition, the supply air openings 50 ' even in the high load range, in which no supply air is supplied, solely by their existence to a vibration excitation of the blading of the compressor impeller 40 ' to lead. The thickening of the blading to reduce the vibration load is due to the efficiency drop and the lower absorption capacity of the compressor impeller 40 ' not wished. The supply air openings 50 ' in the insert 13 ' can increase the efficiency of the compressor 1' additionally reduce, as by the "over wiping" of the blading of the compressor impeller 40 ' Edge losses can arise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdichter für einen Turbolader bereitzustellen, wobei der Verdichter verbesserte Betriebseigenschaften hinsichtlich einer schnellen Luftmengenerhöhung bzw. Ladedruckerhöhung am Luftauslass des Verdichters aufweist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen mit einem solchen Verdichter ausgerüsteten Turbolader bereitzustellen.Of the Invention is based on the object, a compressor for a Turbocharger, the compressor improved operating characteristics with regard to a rapid increase in air quantity or boost pressure increase at the Has air outlet of the compressor. The invention is also the Task based, equipped with such a compressor turbocharger provide.

Dies wird mit einem Verdichter gemäß Anspruch 1 bzw. einem Turbolader gemäß Anspruch 10 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen definiert.This is with a compressor according to claim 1 or a turbocharger according to claim 10 reached. Further developments of the invention are defined in the respective dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Verdichter für einen Turbolader auf: ein Verdichtergehäuse mit einem Lufteinlass zum Aufnehmen von in dem Verdichter zu verdichtender Luft und einem Luftauslass zum Auslassen von in dem Verdichter verdichteter Luft, eine Triebwelle, die drehbar in dem Verdichtergehäuse gelagert ist, so dass die Triebwelle über einen daran angreifenden Antrieb drehantreibbar ist, ein Verdichterlaufrad, das in dem Verdichtergehäuse in Bezug auf einen Luftströmungspfad zwischen Lufteinlass und Luftauslass auf der Triebwelle angeordnet ist, und wenigstens eine Zuluftöffnung zum selektiven Zuführen von Zuluft in das Verdichtergehäuse zum von dem Antrieb unabhängigen Erhöhen einer von dem Verdichter am Luftauslass bereitgestellte Luftmenge.According to one The first aspect of the invention comprises a compressor for a Turbocharger on: a compressor housing with an air inlet to the Picking up in the compressor to be compressed air and a Air outlet for discharging compressed air in the compressor, a drive shaft rotatably supported in the compressor housing is so the drive shaft over a drive acting thereon is rotatably drivable, a compressor wheel, in the compressor housing with respect to an airflow path arranged between the air inlet and air outlet on the drive shaft is, and at least one Zuluftöffnung for selective feeding of supply air in the compressor housing to the independent of the drive Increase an amount of air provided by the compressor at the air outlet.

Der erfindungsgemäße Verdichter zeichnet sich dadurch aus, dass die wenigstens eine Zuluftöffnung im Luftströmungspfad im Verdichtergehäuse zwischen Verdichterlaufrad und Luftauslass angeordnet ist, so dass die Zuluft einem aus dem Verdichterlaufrad ausgetretenen Luftstrom zum Luftauslass hin zuführbar ist.Of the inventive compressor is characterized by the fact that the at least one supply air opening in Air flow path in the compressor housing between Compressor impeller and air outlet is arranged so that the supply air a leaked from the compressor impeller airflow to the air outlet can be fed is.

Dadurch, dass die bedarfsabhängige bzw. lastaufschaltungsabhängige Zuluft erfindungsgemäß erst nachdem der über den Lufteinlass in den Verdichter eingesaugte Luftstrom das Verdichterlaufrad passiert hat diesem Luftstrom zugeführt wird, hat die Zuluft keine negativen Auswirkungen, wie z. B. eine Schwingungsanregung der Beschaufelung des Verdichterlaufrades, auf das Verdichterlaufrad. Somit unterliegt die Luftmenge bzw. der Druck der Zuluft keinen verdichterbedingten Beschränkungen, wodurch die einer an den Verdichter als Verbraucher angeschlossenen Verbrennungsmaschine bei einer plötzlichen Lastaufschaltung schnell zusätzlich bereitstellbare Luftmenge (bzw. Ladedruck) keinen verdichterbedingten Beschränkungen unterliegt.Due to the fact that the demand-dependent or load-dependent supply air according to the invention only after the air flow sucked into the compressor via the air inlet has passed the compressor impeller, the air supply has no negative effects, such. B. a vibration excitation of the blading of the compressor impeller, on the compressor impeller. Thus, the amount of air or the pressure of the supply air is subject no compressor-related restrictions, whereby a combustion engine connected to the compressor as a consumer is not subject to any compressor-related restrictions in the event of a sudden load application.

Da die Zuluft trotzdem innerhalb des Gehäuses, nämlich zwischen Verdichterlaufrad und Luftauslass, zugeführt wird, kann das System Verdichter und Lastaufschaltungs-Reaktionsglied (hier die Zuluftöffnungen) äußerst kompakt in einer Einheit realisiert werden, wobei eine Beeinträchtigung (z. B. Beschädigung durch Schwingungsanregung) des Verdichterlaufrades sicher vermieden wird.There the supply air still within the housing, namely between compressor impeller and air outlet, supplied The system can be compressor and loader reaction member (here the supply air openings) extremely compact be realized in one unit, with one impairment (eg damage by vibration excitation) of the compressor impeller safely avoided becomes.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters ist die wenigstens eine Zuluftöffnung so ausgebildet, dass die Zuluft richtungskonform zu einer Strömungsrichtung des Luftstroms zum Luftauslass hin zuführbar ist. Richtungskonform ist erfindungsgemäß so zu verstehen, dass die Strömungsrichtung der Zuluft ähnlich der Strömungsrichtung des von dem Verdichterlaufrad kommenden Luftstroms ist. Bevorzugt trifft die Zuluft in einem Winkel von kleiner 90 Grad und noch bevorzugter kleiner 45 Grad auf den von dem Verdichterlaufrad kommenden Luftstrom auf. Damit werden Verwirbelungen und damit einhergehende Leistungsverluste weitestgehend reduziert.According to one embodiment the compressor according to the invention is the at least one Zuluftöffnung designed so that the supply air directionally conform to a flow direction the air flow to the air outlet can be supplied. direction Compliant is according to the invention so understand that the flow direction similar to the supply air the flow direction is the coming of the compressor impeller air flow. Prefers meets the supply air at an angle of less than 90 degrees, and more preferably less than 45 degrees to the airflow coming from the compressor impeller on. This causes turbulence and concomitant power losses largely reduced.

Noch bevorzugter ist die wenigstens eine Zuluftöffnung so ausgebildet, dass die Zuluft richtungsgleich, d. h. im Wesentlichen parallel, zur Strömungsrichtung des Luftstroms zum Luftauslass hin zuführbar ist. Damit werden Verwirbelungen und damit einhergehende Leistungsverluste minimiert.Yet more preferably, the at least one supply air opening is formed so that the supply air is the same direction, d. H. essentially parallel, to flow direction the air flow to the air outlet can be supplied. This will be turbulence and minimizes associated power losses.

Gemäß noch einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters ist in dem Verdichtergehäuse eine Verdichterspirale ausgebildet, wobei sich die Verdichterspirale als Luftpassage im Luftströmungspfad über eine sich radial erstreckende Zwischenpassage bzw. Diffusorpassage an das Verdichterlaufrad anschließt und in den Luftauslass mündet, und wobei die wenigstens eine Zuluftöffnung in der Zwischenpassage oder der Verdichterspirale ausgebildet ist.According to one more embodiment the compressor according to the invention is in the compressor housing formed a compressor coil, wherein the compressor spiral as air passage in the air flow path over a radially extending intermediate passage or diffuser passage the compressor impeller connects and into the air outlet, and wherein the at least one supply air opening in the intermediate passage or the compressor spiral is formed.

Durch die Zuführung der Zuluft im Bereich der Zwischenpassage oder der Verdichterspirale hat der aus Zuluft und vom Verdichterlaufrad kommendem Luftstrom bestehende Gesamtluftstrom ausreichend Zeit und Weg zur Verfügung, so dass Verwirbelungen ausklingen können und der Gesamtluftstrom eine homogene Form annehmen kann. Damit ist diese Zufuhr von extern erzeugter unter Druck stehender Zuluft für einen am Verdichter angeschlossenen Verbraucher, wie einer Verbrennungsmaschine (z. B. einem Dieselmotor), strömungstechnisch gesehen kaum ”wahrnehmbar”, so dass ein optimales Lastaufschaltverhalten des Verbrauchers erzielbar ist.By the feeder the supply air in the area of the intermediate passage or the compressor spiral has the airflow coming from the supply air and from the compressor impeller existing total airflow sufficient time and way available, so that turbulences can fade out and the total airflow can take a homogeneous form. This is this supply of externally generated pressurized supply air for a connected to the compressor load, such as an internal combustion engine (z. B. a diesel engine), fluidically hardly seen "perceptible", so that an optimal Lastaufschaltverhalten the consumer is achievable.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters weist dieser ferner einen Nachleitapparat auf, der in der Zwischenpassage angeordnet ist, wobei die wenigstens eine Zuluftöffnung bevorzugt in einer Wandung der Zwischenpassage in einem Auslassbereich des Nachleitapparats ausgebildet ist.According to one embodiment the compressor according to the invention this also has a Nachleitapparat in the intermediate passage is arranged, wherein the at least one air inlet opening preferably in a wall the intermediate passage in an outlet region of the Nachleitapparats is trained.

Die Anordnung nach dem Nachleitapparat bietet einerseits eine zusätzliche Barriere für eine Rückströmung der Zuluft auf das Verdichterlaufrad und gewährleistet andererseits, dass der vom Verdichterlaufrad kommende Luftstrom vorgerichtet und ggf. weiter beschleunigt auf den Zuluftstrom trifft, so dass danach im Wesentlichen nur die durch die Zuluft hervorgerufenen Verwirbelungen ausgeglichen werden müssen.The Arrangement after the Nachleitapparat offers on the one hand an additional Barrier for a backflow of Supply air to the compressor impeller and on the other hand ensures that the airflow coming from the compressor impeller is prepared and, if necessary, continues to accelerate to the supply air flow, so that afterwards in the Essentially only the turbulence caused by the supply air have to be compensated.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters ist die wenigstens eine Zuluftöffnung in einer Wandung eines Übergangs von Zwischenpassage und Verdichterspirale ausgebildet. Bevorzugt verläuft diese Wandung im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des vom Verdichterlaufrad kommenden Luftstroms, so dass die Zuluft nahezu parallel in diesen Luftstrom einströmen kann, wodurch Verwirbelungen minimiert werden.According to one embodiment the compressor according to the invention is the at least one Zuluftöffnung in a wall of a transition formed of intermediate passage and compressor spiral. Prefers extends this wall substantially perpendicular to the flow direction of the compressor impeller incoming air flow, so that the supply air is almost parallel in these Inlet air flow can, which minimizes turbulence.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters ist die wenigstens eine Zuluftöffnung in einer Wandung der Verdichterspirale ausgebildet.According to one embodiment the compressor according to the invention is the at least one Zuluftöffnung formed in a wall of the compressor spiral.

In Kenntnis der konkreten Strömungsverhältnisse in der Verdichterspirale kann die Zuluftöffnung so (z. B. als schräge(r) Schlitz oder Bohrung) vorgesehen werden, dass die Zuluft verwirbelungsarm in den Luftstrom zum Luftauslass hin einströmt Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters ist die wenigstens eine Zuluftöffnung in einem in einer Axialrichtung des Verdichters direkt zu der Zwischenpassage benachbarten bzw. der Zwischenpassage zugewandten richtungskonform dazu verlaufenden Wandabschnitt der Wandung der Verdichterspirale ausgebildet.In Knowledge of the concrete flow conditions in the compressor spiral, the supply air opening can thus (for example as an oblique slot) or bore) are provided, that the supply air Wirbelbelungsarm flows in the air flow to the air outlet According to a further embodiment the compressor according to the invention is the at least one Zuluftöffnung in one in an axial direction of the compressor directly to the intermediate passage adjacent or the intermediate passage facing Direction to extending wall portion of the wall of the compressor spiral educated.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters ist die Zuluftöffnung in einem zu dem Verdichterlaufrad benachbarten, in einer Radialrichtung des Verdichters inneren Wandabschnitt der Wandung der Verdichterspirale ausgebildet.According to one more another embodiment the compressor according to the invention is the supply air opening in a radial direction adjacent to the compressor impeller the compressor inner wall portion of the wall of the compressor spiral educated.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters weist dieser ferner ein Einsatzstück auf, das in das Verdichtergehäuse eingesetzt ist, so dass das Einsatzstück das Verdichterlaufrad radial umschließt, wobei zwischen einem Außenumfang des Einsatzstücks und dem Verdichtergehäuse eine in der Zuluftöffnung endende Zuluftpassage ausgebildet ist, und wobei die Zuluftpassage einen Zulufteingang aufweist, der an einer Außenseite des Verdichtergehäuses angeordnet ist.According to one embodiment of the compressor according to the invention, this further comprises an insert, which in the compressor housing a is set so that the insert radially surrounds the compressor impeller, wherein between an outer periphery of the insert and the compressor housing in the Zuluftöffnung terminating supply air passage is formed, and wherein the Zuluftpassage has a Zulufteingang which is disposed on an outer side of the compressor housing.

Somit lässt sich die Zuluft einfach zuführen, wobei bevorzugt ein bei den üblichen Jet Assist Systemen vorgesehener Anschluss und ggf. auch Teile von deren Luftkanälen genutzt werden können, so dass einerseits der konstruktive Änderungsaufwand minimiert wird und andererseits ggf. sogar eine Umrüstung und/oder Aufrüstung existierender Verdichter möglich ist.Consequently let yourself simply introduce the supply air, whereby preferably one in the usual Jet Assist systems provided connection and possibly also parts of their air channels can be used so that on the one hand the constructive change effort is minimized and on the other hand, possibly even a conversion and / or upgrade existing Compressor possible is.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters ist der Verdichter als einstufiger Radialverdichter bzw. Zentrifugalverdichter ausgebildet.According to one particularly preferred embodiment the compressor according to the invention is the compressor as a single-stage centrifugal compressor or centrifugal compressor educated.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung weist ein Turbolader einen Verdichter gemäß einer, mehreren oder allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung in jeder denkbaren Kombination auf.According to one In the second aspect of the invention, a turbocharger includes a compressor according to one, several or all previously described embodiments of the invention in every imaginable combination.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turboladers weist dieser ferner eine Turbine auf, die ein Turbinengehäuse und ein den Antrieb für die Triebwelle bildendes Turbinenlaufrad aufweist, das in dem Turbinengehäuse angeordnet ist und das auf der Triebwelle angeordnet ist.According to one embodiment the turbocharger according to the invention this also has a turbine, which has a turbine housing and a drive for comprising the drive shaft forming turbine runner disposed in the turbine housing and which is arranged on the drive shaft.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.in the The invention will be described below with reference to preferred embodiments and with reference to the attached figures in more detail described.

1 zeigt eine perspektivische Teilschnittansicht eines Verdichters gemäß dem Stand der Technik. 1 shows a partial perspective sectional view of a compressor according to the prior art.

2 zeigt eine Schnittansicht eines Turboladers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 2 shows a sectional view of a turbocharger according to an embodiment of the invention.

3 beinhaltet die 3A bis 3E, welche schematische Schnittansichten zeigen, in denen Anordnungsmöglichkeiten für eine oder mehrere Zuluftöffnungen gemäß Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. 3 includes the 3A to 3E , which show schematic sectional views, in which arrangement possibilities for one or more supply air openings are shown according to embodiments of the invention.

4 zeigt eine perspektivische Teilschnittansicht eines Verdichters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 4 shows a partial perspective sectional view of a compressor according to an embodiment of the invention.

5 zeigt eine Ansicht in Axialrichtung eines Verdichters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 5 shows a view in the axial direction of a compressor according to an embodiment of the invention.

6 beinhaltet die 6A und 6B, welche vergrößerte Teilansichten des Verdichters von 5 zeigen. 6 includes the 6A and 6B , which enlarged partial views of the compressor of 5 demonstrate.

7 zeigt eine vergrößerte geschnittene Teilansicht eines Verdichters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 7 shows an enlarged partial sectional view of a compressor according to an embodiment of the invention.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 2 bis 7 Ausführungsformen eines Turboladers gemäß der Erfindung beschrieben.The following are with reference to the 2 to 7 Embodiments of a turbocharger according to the invention described.

Wie in 2 gezeigt, weist ein Turbolader eine hier per Abgas angetriebene Turbine 2 und einen von der Turbine 2 angetriebenen Verdichter 1 auf. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem in 2 dargestellten Turbolader um einen Abgasturbolader.As in 2 shown, a turbocharger has a here driven by exhaust turbine 2 and one from the turbine 2 driven compressor 1 on. In other words, the in 2 shown turbocharger to an exhaust gas turbocharger.

Der Verdichter 1 weist ein Verdichtergehäuse 10 mit einem Lufteinlass 11 zum Aufnehmen von in dem Verdichter 1 zu verdichtender Luft und einem Luftauslass 12 zum Auslassen von in dem Verdichter 1 verdichteter Luft, eine Triebwelle 30, die drehbar in dem Verdichtergehäuse 10 gelagert ist, so dass die Triebwelle 30 über einen daran angreifenden Antrieb der Turbine 2 drehantreibbar ist, und ein Verdichterlaufrad 40 mit einer Beschaufelung 41 auf, wobei das Verdichterlaufrad 40 in dem Verdichtergehäuse 10 in Bezug auf einen Luftströmungspfad zwischen Lufteinlass 11 und Luftauslass 12 und auf der Triebwelle 30 angeordnet ist.The compressor 1 has a compressor housing 10 with an air inlet 11 for picking up in the compressor 1 to be compressed air and an air outlet 12 for discharging in the compressor 1 compressed air, a drive shaft 30 rotatable in the compressor housing 10 is stored so that the drive shaft 30 via an attacking drive of the turbine 2 is drehantreibbar, and a compressor impeller 40 with a blading 41 on, wherein the compressor wheel 40 in the compressor housing 10 with respect to an air flow path between the air intake 11 and air outlet 12 and on the drive shaft 30 is arranged.

Die Turbine 2 ist in üblicher Weise ausgebildet und weist ein Turbinengehäuse 20 und ein den Antrieb für die Triebwelle 30 bildendes Turbinenlaufrad 21 auf, das in dem Turbinengehäuse 20 und auf der Triebwelle 30 angeordnet ist.The turbine 2 is formed in a conventional manner and has a turbine housing 20 and a drive for the drive shaft 30 forming turbine runner 21 on that in the turbine housing 20 and on the drive shaft 30 is arranged.

In dem Verdichtergehäuse 10 des Verdichters 1 sind eine Diffusorpassage bzw. Zwischenpassage 14 und eine Verdichterspirale 15 in Form eines Spiralgehäuses ausgebildet. Die Verdichterspirale 15 schließt sich als Luftpassage im Luftströmungspfad über die sich radial erstreckende Zwischenpassage 14 an das Verdichterlaufrad 40 an und mündet in den Luftauslass 12.In the compressor housing 10 of the compressor 1 are a diffuser passage or intermediate passage 14 and a compressor spiral 15 formed in the form of a spiral housing. The compressor spiral 15 closes as an air passage in the air flow path over the radially extending intermediate passage 14 to the compressor impeller 40 and opens into the air outlet 12 ,

Der Verdichter 1 weist ferner einen Nachleitapparat 60, der in der Zwischenpassage 14 angeordnet ist, sowie eine oder mehrere Zuluftöffnungen 50 (im Folgenden wird der Einfachheit halber nur auf wenigstens eine Zuluftöffnung 50 Bezug genommen) auf, deren mögliche Positionen in dem Verdichter 1 schematisch in Form von Pfeilen in den 3A bis 3E gezeigt sind. Die wenigstens eine Zuluftöffnung 50 dient zum selektiven Zuführen von Zuluft (in Form von Druckluft bzw. Einblaseluft) in das Verdichtergehäuse 10 zum von dem Antrieb unabhängigen Erhöhen einer von dem Verdichter 1 am Luftauslass 12 bereitgestellten Luftmenge (bzw. zum dementsprechenden Erhöhen des Ladedrucks).The compressor 1 also has a Nachleitapparat 60 in the intermediate passage 14 is arranged, and one or more Zuluftöffnungen 50 (In the following, for the sake of simplicity, only at least one supply air opening 50 Reference), their possible positions in the compressor 1 schematically in the form of arrows in the 3A to 3E are shown. The at least one supply air opening 50 serves for the selective supply of supply air (in the form of compressed air or blowing air) into the compressor housing 10 to increase independent of the drive one of the compressor 1 at the air outlet 12 provided amount of air (or for corresponding increase of the boost pressure).

Die wenigstens eine Zuluftöffnung 50 ist im Luftströmungspfad im Verdichtergehäuse 10 zwischen Verdichterlaufrad 40 und Luftauslass 12 angeordnet, so dass die Zuluft einem aus dem Verdichterlaufrad 40 ausgetretenen Luftstrom zum Luftauslass 12 hin zuführbar ist. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist die wenigstens eine Zuluftöffnung 50 in einem von der Zwischenpassage 14 und der Verdichterspirale 15 ausgebildet.The at least one supply air opening 50 is in the air flow path in the compressor housing 10 between compressor impeller 40 and air outlet 12 arranged so that the supply air one from the compressor impeller 40 leaked airflow to the air outlet 12 can be fed. According to embodiments of the invention, the at least one supply air opening 50 in one of the intermediate passage 14 and the compressor spiral 15 educated.

Wie aus 2 und 4 ersichtlich, weist der Verdichter 1 ferner ein Einsatzstück 13 auf, das lufteinlassseitig in das Verdichtergehäuse 10 eingesetzt ist, so dass das Einsatzstück 13 das Verdichterlaufrad 40 radial umschließt, wobei zwischen einem Außenumfang des Einsatzstücks 13 und dem Verdichtergehäuse 10 eine in der wenigstens einen Zuluftöffnung 50 endende bzw. mündende Zuluftpassage 51 (siehe 4 der fett dargestellte Pfeil im rechtsseitigen Vergrößerungsausschnitt) ausgebildet ist, und wobei die Zuluftpassage 51 einen Zulufteingang (nicht gezeigt) aufweist, der an einer Außenseite des Verdichtergehäuses 10 angeordnet ist.How out 2 and 4 seen, points the compressor 1 also an insert 13 on, the air inlet side in the compressor housing 10 is inserted so that the insert piece 13 the compressor impeller 40 radially enclosing, wherein between an outer periphery of the insert 13 and the compressor housing 10 one in the at least one supply air opening 50 ending or opening supply air passage 51 (please refer 4 the bold arrow in the right-side enlargement cutout) is formed, and wherein the Zuluftpassage 51 a Zulufteingang (not shown), which on an outer side of the compressor housing 10 is arranged.

Die Zuluft kann z. B. einer Startflasche (nicht gezeigt) eines mit dem Turbolader ausgerüsteten Motors (z. B. Dieselmotors) oder einer anderen Druckluftquelle (nicht gezeigt) entnommen werden und der Zuluftpassage 51 über deren Zulufteingang zugeführt werden. Dabei kann vorteilhafterweise z. B. der bisherige Luftanschluss eines Jet Assist Systems am Verdichtergehäuse 10 verwendet werden. Die Zuluft gelangt dann entlang der Zuluftpassage 51 über einen bereits vorhandenen Kanal in den Raum zwischen Verdichtergehäuse 10 und Einsatzstück 13, von dem aus die Zuluft zu der wenigstens einen Zuluftöffnung 50 geführt wird, wo sie austritt.The supply air can z. Example, a starting cylinder (not shown) of an engine equipped with the turbocharger (eg., Diesel engine) or other compressed air source (not shown) and the Zuluftpassage 51 be supplied via their Zulufteingang. It can advantageously z. B. the previous air connection of a Jet Assist system on the compressor housing 10 be used. The supply air then passes along the supply air passage 51 via an existing channel in the space between the compressor housing 10 and insert 13 , from which the supply air to the at least one supply air opening 50 is guided where it exits.

Wie aus 3 ersichtlich, ist gemäß Ausführungsformen der Erfindung die wenigstens eine Zuluftöffnung 50 so ausgebildet, dass die Zuluft richtungskonform zu einer Strömungsrichtung des Luftstroms zum Luftauslass 12 hin zuführbar ist (vgl. die 3A, 3C, 3E, 3D). Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine Zuluftöffnung 50 so ausgebildet, dass die Zuluft richtungsgleich zur Strömungsrichtung des Luftstroms zum Luftauslass 12 hin zuführbar ist.How out 3 it can be seen, according to embodiments of the invention, the at least one supply air opening 50 designed so that the supply air directionally conform to a flow direction of the air flow to the air outlet 12 can be fed (see 3A . 3C . 3E . 3D ). According to another embodiment of the invention, the at least one supply air opening 50 designed so that the supply air direction equal to the flow direction of the air flow to the air outlet 12 can be fed.

Wie in 3A und 7 sowie 3E gezeigt, ist gemäß Ausführungsformen der Erfindung die wenigstens eine Zuluftöffnung 50 in einer Wandung der Verdichterspirale 15 ausgebildet.As in 3A and 7 such as 3E is shown, according to embodiments of the invention, the at least one supply air opening 50 in a wall of the compressor spiral 15 educated.

Gemäß 3A und 7 ist die wenigstens eine Zuluftöffnung 50 in einem in einer Axialrichtung des Verdichters 1 direkt zu der Zwischenpassage 14 benachbarten Wandabschnitt 15a der Wandung der Verdichterspirale 15 ausgebildet.According to 3A and 7 is the at least one Zuluftöffnung 50 in one in an axial direction of the compressor 1 directly to the intermediate passage 14 adjacent wall section 15a the wall of the compressor spiral 15 educated.

Gemäß 3E ist die wenigstens eine Zuluftöffnung 50 in einem zu dem Verdichterlaufrad 40 benachbarten, in einer Radialrichtung des Verdichters 1 inneren Wandabschnitt 15b der Wandung der Verdichterspirale 15 ausgebildet.According to 3E is the at least one Zuluftöffnung 50 in one to the compressor impeller 40 adjacent, in a radial direction of the compressor 1 inner wall section 15b the wall of the compressor spiral 15 educated.

Wie in 3B sowie 5, 6A und 6B gezeigt, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die wenigstens eine Zuluftöffnung 50 in einer Wandung eines eine Schulter bildenden Übergangs von Zwischenpassage 14 und Verdichterspirale 15 ausgebildet. Bevorzugt verläuft diese Wandung bzw. Schulter im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des vom Verdichterlaufrad 40 kommenden Luftstroms, so dass die Zuluft nahezu tangential in diesen Luftstrom einströmen kann, wodurch Verwirbelungen minimiert werden.As in 3B such as 5 . 6A and 6B shown, according to one embodiment of the invention, the at least one supply air opening 50 in a wall of a shoulder forming transition of intermediate passage 14 and compressor spiral 15 educated. Preferably, this wall or shoulder extends substantially parallel to the flow direction of the compressor impeller 40 incoming air flow, so that the supply air can flow almost tangentially in this air flow, whereby turbulence is minimized.

Wie in 3C und 3D gezeigt, ist gemäß Ausführungsformen der Erfindung die wenigstens eine Zuluftöffnung 50 in einer Wandung der Zwischenpassage 14 in einem Auslassbereich des Nachleitapparats 60 (in den 3C und 3D nicht gezeigt, vgl. 2) ausgebildet. Der Austritt der Zuluft erfolgt dabei vorteilhafterweise in etwa in Richtung der Abströmung des Nachleitapparates 60, also richtungskonform dazu.As in 3C and 3D is shown, according to embodiments of the invention, the at least one supply air opening 50 in a wall of the intermediate passage 14 in an outlet region of the Nachleitapparats 60 (in the 3C and 3D not shown, cf. 2 ) educated. The outlet of the supply air is advantageously carried out approximately in the direction of the outflow of the Nachleitapparates 60 , so directionally compliant.

Die eine oder mehreren Zuluftöffnungen 50 können als schräge oder gerade Schlitze oder Bohrungen ausgeführt sein.The one or more supply air openings 50 can be designed as angled or straight slots or holes.

Die durchströmte Fläche der Schlitze oder Bohrungen kann dabei wesentlich größer gewählt werden als dies bei einem Jet Assist System möglich ist, da auf die Anregung der Beschaufelung 41 des Verdichterlaufrades 40 keine Rücksicht genommen werden muss. Auch der Wirkungsgradnachteil, der durch die beim Jet Assist System vorgesehenen Zuluftöffnungen 51' (siehe 1) verursacht wird, tritt bei der/den erfindungsgemäß ausgestalteten Zuluftöffnung(en) 50 nicht auf.The flow-through surface of the slots or holes can be chosen to be much larger than is possible in a Jet Assist system, since the excitation of the blading 41 of the compressor impeller 40 no consideration has to be taken. Also, the efficiency disadvantage caused by the planned for Jet Assist system air intakes 51 ' (please refer 1 ) is caused, occurs at the / inventively designed supply air opening (s) 50 not up.

1'1'
Verdichtercompressor
10'10 '
Verdichtergehäusecompressor housing
11'11 '
Lufteinlassair intake
12'12 '
Luftauslassair outlet
13'13 '
Einsatzstückinsert
30'30 '
Triebwelledrive shaft
40'40 '
Verdichterlaufradcompressor impeller
50'50 '
Zuluftöffnungair intake opening
11
Verdichtercompressor
1010
Verdichtergehäusecompressor housing
1111
Lufteinlassair intake
1212
Luftauslassair outlet
1313
Einsatzstückinsert
1414
Zwischenpassagebetween passage
1515
Verdichterspiralecompressor spiral
15a15a
Wandabschnittwall section
15b15b
Wandabschnittwall section
22
Turbineturbine
2020
Turbinengehäuseturbine housing
2121
Turbinenlaufradturbine impeller
3030
Triebwelledrive shaft
4040
Verdichterlaufradcompressor impeller
4141
Beschaufelungblading
5050
Zuluftöffnungair intake opening
5151
ZuluftpassageZuluftpassage
6060
Nachleitapparatguide vane

Claims (12)

Verdichter (1) für einen Turbolader, aufweisend: ein Verdichtergehäuse (10) mit einem Lufteinlass (11) zum Aufnehmen von in dem Verdichter (1) zu verdichtender Luft und einem Luftauslass (12) zum Auslassen von in dem Verdichter (1) verdichteter Luft, eine Triebwelle (30), die drehbar in dem Verdichtergehäuse (10) gelagert ist, so dass die Triebwelle (30) über einen daran angreifenden Antrieb drehantreibbar ist, ein Verdichterlaufrad (40), das in dem Verdichtergehäuse (10) in Bezug auf einen Luftströmungspfad zwischen Lufteinlass (11) und Luftauslass (12) auf der Triebwelle (30) angeordnet ist, und eine Zuluftöffnung (50) zum selektiven Zuführen von Zuluft in das Verdichtergehäuse (10) zum von dem Antrieb unabhängigen Erhöhen einer von dem Verdichter (1) am Luftauslass (12) bereitgestellten Luftmenge, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluftöffnung (50) im Luftströmungspfad im Verdichtergehäuse (10) zwischen Verdichterlaufrad (40) und Luftauslass (12) angeordnet ist, so dass die Zuluft einem aus dem Verdichterlaufrad (40) ausgetretenen Luftstrom zum Luftauslass (12) hin zuführbar ist.Compressor ( 1 ) for a turbocharger, comprising: a compressor housing ( 10 ) with an air inlet ( 11 ) for receiving in the compressor ( 1 ) to be compressed air and an air outlet ( 12 ) for discharging in the compressor ( 1 ) compressed air, a drive shaft ( 30 ) rotatably mounted in the compressor housing ( 10 ), so that the drive shaft ( 30 ) is rotatably drivable via a drive acting thereon, a compressor impeller ( 40 ), which in the compressor housing ( 10 ) with respect to an air flow path between the air inlet ( 11 ) and air outlet ( 12 ) on the drive shaft ( 30 ) is arranged, and a supply air opening ( 50 ) for selectively supplying supply air into the compressor housing ( 10 ) to increase, independent of the drive, one of the compressor ( 1 ) at the air outlet ( 12 ) provided air quantity, characterized in that the supply air opening ( 50 ) in the air flow path in the compressor housing ( 10 ) between compressor impeller ( 40 ) and air outlet ( 12 ) is arranged so that the supply air from one of the compressor impeller ( 40 ) leaked air flow to the air outlet ( 12 ) is fed out. Verdichter (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Zuluftöffnung (50) so ausgebildet ist, dass die Zuluft richtungskonform zu einer Strömungsrichtung des Luftstroms zum Luftauslass (12) hin zuführbar ist.Compressor ( 1 ) according to claim 1, wherein the supply air opening ( 50 ) is designed so that the supply air in accordance with the direction of a flow direction of the air flow to the air outlet ( 12 ) is fed out. Verdichter (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Zuluftöffnung (50) so ausgebildet ist, dass die Zuluft richtungsgleich zu einer Strömungsrichtung des Luftstroms zum Luftauslass (12) hin zuführbar ist.Compressor ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the supply air opening ( 50 ) is formed so that the supply air direction equal to a flow direction of the air flow to the air outlet ( 12 ) is fed out. Verdichter (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem Verdichtergehäuse (10) eine Verdichterspirale (15) ausgebildet ist, wobei sich die Verdichterspirale (15) als Luftpassage im Luftströmungspfad über eine sich radial erstreckende Zwischenpassage (14) an das Verdichterlaufrad (40) anschließt und in den Luftauslass (12) mündet, und wobei die Zuluftöffnung (50) in der Zwischenpassage (14) oder der Verdichterspirale (15) ausgebildet ist.Compressor ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, wherein in the compressor housing ( 10 ) a compressor spiral ( 15 ) is formed, wherein the compressor spiral ( 15 ) as an air passage in the air flow path via a radially extending intermediate passage ( 14 ) to the compressor impeller ( 40 ) and into the air outlet ( 12 ), and wherein the supply air opening ( 50 ) in the intermediate passage ( 14 ) or the compressor spiral ( 15 ) is trained. Verdichter (1) gemäß Anspruch 4, ferner mit einem Nachleitapparat (60), der in der Zwischenpassage (14) angeordnet ist, und wobei die Zuluftöffnung (50) in einer Wandung der Zwischenpassage (14) in einem Auslassbereich des Nachleitapparats (60) ausgebildet ist.Compressor ( 1 ) according to claim 4, further comprising a Nachleitapparat ( 60 ), in the intermediate passage ( 14 ), and wherein the supply air opening ( 50 ) in a wall of the intermediate passage ( 14 ) in an outlet region of the Nachleitapparats ( 60 ) is trained. Verdichter (1) gemäß Anspruch 4, wobei die Zuluftöffnung (50) in einer Wandung eines Übergangs von Zwischenpassage (14) und Verdichterspirale (15) ausgebildet ist.Compressor ( 1 ) according to claim 4, wherein the supply air opening ( 50 ) in a wall of a transition of intermediate passage ( 14 ) and compressor spiral ( 15 ) is trained. Verdichter (1) gemäß Anspruch 4, wobei die Zuluftöffnung (50) in einer Wandung der Verdichterspirale (15) ausgebildet ist.Compressor ( 1 ) according to claim 4, wherein the supply air opening ( 50 ) in a wall of the compressor spiral ( 15 ) is trained. Verdichter (1) gemäß Anspruch 7, wobei die Zuluftöffnung (50) in einem in einer Axialrichtung des Verdichters (1) direkt zu der Zwischenpassage (14) benachbarten Wandabschnitt (15a) der Wandung der Verdichterspirale (15) ausgebildet ist.Compressor ( 1 ) according to claim 7, wherein the supply air opening ( 50 ) in one in an axial direction of the compressor ( 1 ) directly to the intermediate passage ( 14 ) adjacent wall section ( 15a ) of the wall of the compressor spiral ( 15 ) is trained. Verdichter (1) gemäß Anspruch 7, wobei die Zuluftöffnung (50) in einem zu dem Verdichterlaufrad (40) benachbarten, in einer Radialrichtung des Verdichters (1) inneren Wandabschnitt (15b) der Wandung der Verdichterspirale (15) ausgebildet ist.Compressor ( 1 ) according to claim 7, wherein the supply air opening ( 50 ) in one of the compressor impeller ( 40 ) adjacent, in a radial direction of the compressor ( 1 ) inner wall section ( 15b ) of the wall of the compressor spiral ( 15 ) is trained. Verdichter (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner mit einem Einsatzstück (13), das in das Verdichtergehäuse (10) eingesetzt ist, so dass das Einsatzstück (13) das Verdichterlaufrad (40) radial umschließt, wobei zwischen einem Außenumfang des Einsatzstücks (13) und dem Verdichtergehäuse (10) eine in der Zuluftöffnung (50) endende Zuluftpassage (51) ausgebildet ist, und wobei die Zuluftpassage (51) einen Zulufteingang aufweist, der an einer Außenseite des Verdichtergehäuses (10) angeordnet ist.Compressor ( 1 ) according to one of claims 1 to 9, further comprising an insert ( 13 ), which enters the compressor housing ( 10 ) is inserted, so that the insert ( 13 ) the compressor impeller ( 40 ) radially enclosing, wherein between an outer periphery of the insert ( 13 ) and the compressor housing ( 10 ) one in the supply air opening ( 50 ) ending supply air passage ( 51 ), and wherein the supply air passage ( 51 ) has a Zulufteingang on an outer side of the compressor housing ( 10 ) is arranged. Turbolader mit einem Verdichter (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.Turbocharger with a compressor ( 1 ) according to one of claims 1 to 10. Turbolader gemäß Anspruch 11, ferner mit einer Turbine (2), die ein Turbinengehäuse (20) und ein den Antrieb für die Triebwelle (30) bildendes Turbinenlaufrad (21) aufweist, das in dem Turbinengehäuse (20) auf der Triebwelle (30) angeordnet ist.A turbocharger according to claim 11, further comprising a turbine ( 2 ), which is a turbine housing ( 20 ) and a drive for the drive shaft ( 30 ) forming turbine runner ( 21 ), which in the turbine housing ( 20 ) on the drive shaft ( 30 ) is arranged.
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