DE102009031229A1 - Guide vane for e.g. variable turbine of supercharger, in motor vehicle, has turning points provided between nose circle and largest construction circle that is placed in flow direction behind nose circle, where vane has dolphin shape - Google Patents

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Abstract

The vane (1) has a turning point-free profile center line (2) and top and lower sides (6, 7) that include two turning points (8, 8') between a nose circle (3) and a largest construction circle (5), where the construction circle is placed in a flow direction (4) behind the nose circle. The vane is designed in dolphin shape.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leitschaufel für eine Ladeeinrichtung, insbesondere für eine variable Turbinen- und/oder Verdichtergeometrie eines Abgasturboladers in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit zumindest einer derartigen Leitschaufel ausgestattete variable Turbinen- und/oder Verdichtergeometrie in einer Ladeeinrichtung.The The present invention relates to a vane for a Charging device, in particular for a variable turbine and / or compressor geometry of an exhaust gas turbocharger in a motor vehicle according to the General term 1. The invention also relates to a at least one such vane equipped variable turbine and / or compressor geometry in a charging device.

Turbolader sind zur Steigerung der Leistung von Verbrennungsmotoren seit längerem bekannt, wobei ein Ladedruck bei herkömmlichen Turboladern dadurch begrenzt werden kann, das beispielsweise ein sogenanntes Waste-Gate-Ventil das heiße Abgas zum Teil an der Turbine vorbei führt und somit die Leistung der Turbine reduziert. Dies bietet den Vorteil, dass der Turbolader schon weit unterhalb des Nennleistungspunktes des Verbrennungsmotors problemlos arbeitet. Alternativ hierzu sind auch sogenannte variable Turbinen- und/oder Verdichtergeometrien bekannt, mittels welchen die Leistungsabgabe und das Ansprechverhalten unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen, wie beispielsweise Lastwechseln, besser angepasst werden können. Für eine thermodynamische Effizienz, eine Regelcharakteristik sowie für einen benötigten radialen Bauraum ist dabei immer die Querschnittsform der Leitschaufel ausschlaggebend. Üblicherweise wird dabei die Form der Leitschaufel in der Regel über die sogenannte Profilmittellinie, auch Krümmungslinie genannt, beschrieben, die zwischen dem Mittelpunkt des Nasenkreises und dem Mittelpunkt des Endkreises der Leitschaufel verläuft. Ermittelt wird die Profilmittellinie, indem innerhalb des Leitschaufelprofils zu Ober- und Unterseite tangentiale Kreise hineingelegt werden. Die Verbindungslinie der Kreismittelpunkte bildet dabei die Profilmittellinie.turbocharger are for increasing the performance of internal combustion engines for a long time known, whereby a boost pressure in conventional turbochargers characterized can be limited, for example, a so-called waste gate valve the hot exhaust gas partly leads past the turbine and thus reduces the power of the turbine. This offers the advantage that the turbocharger is already well below the rated power point the internal combustion engine works without problems. Alternatively, these are also so-called variable turbine and / or compressor geometries known, by means of which the power output and the response under different operating conditions, such as Load changes, can be better adapted. For one thermodynamic efficiency, a control characteristic and for a required radial space is always the cross-sectional shape the vane decisive. Usually will be included the shape of the vane usually on the so-called Profile centerline, also called curvature line described, between the center of the nose circle and the center the end of the vane runs. Is determined the center profile of the profile, within the guide vane profile to and underside tangential circles are inserted. The connecting line The center of the circle forms the profile center line.

Aus der US 6,709,232 B1 ist eine gattungsgemäße Leitschaufel für eine variable Turbinengeometrie in einem Abgasturbolader bekannt.From the US 6,709,232 B1 is a generic guide vane for a variable turbine geometry in an exhaust gas turbocharger known.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine gattungsgemäße Leitschaufel, eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere strömungstechnisch günstiger ist.The The present invention addresses the problem of for a generic vane, to provide an improved embodiment, in particular aerodynamically favorable.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This Problem is inventively by the objects of the independent claims. advantageous Embodiments are the subject of the dependent Claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Querschnittsprofil ein Leitschaufel für eine Ladeeinrichtung, insbesondere für eine variable Turbinen- und/oder Verdichtergeometrie eines Abgasturboladers, nicht wie bisher tropfenförmig, sondern delphinartig auszubilden, wodurch die strömungstechnischen Eigenschaften einer derartigen Leitschaufel deutlich verbessert werden können. Das delphinartige Profil der erfindungsgemäßen Leitschaufel zeichnet sich dabei durch zwei wesentliche Merkmale aus: Zum einen besitzt die erfindungsgemäße Leitschaufel eine wendepunktfreie Profilmittellinie und zum anderen jeweils zwei Wendepunkte, die auf einer Oberseite und auf einer Unterseite der Leitschaufel zwischen einem Nasenkreis und dem in Strömungsrichtung dahinter gelegenen größten Konstruktionskreis liegen. Durch die wendepunktfreie Profilmittellinie besitzt die erfindungsgemäße Leitschaufel eine symmetrische Form.The The present invention is based on the general idea of a cross-sectional profile a guide vane for a charging device, in particular for a variable turbine and / or compressor geometry of an exhaust gas turbocharger, not drop-shaped as before, but dolphin-like, whereby the fluidic properties of such Guide vane can be significantly improved. The dolphin-like Profile of the guide vane invention draws is characterized by two essential features: First, has the guide vane according to the invention a turning point-free profile centerline and on the other two turning points each on an upper side and on a bottom of the vane between a nasal circle and downstream of the flow downstream Construction circle lie. Through the turning point-free profile center line has the guide vane according to the invention a symmetrical shape.

Durch solche delphinartige Leitschaufeln kann darüber hinaus ein Öffnungsmoment zur Betätigung der Leitschaufeln verringert werden, wodurch geringere Stellkräfte und dadurch beispielsweise auch ein kleinerer Stellmechanismus erforderlich sind. Sowohl der leichter bauende Verstellmechanismus als auch eine diesen antreibende Stelleinrichtung, können somit leichter und insbesondere kompakter ausgebildet werden, was im modernen Kraftfahrzeugbau von wesentlichem Vorteil ist.By In addition, such dolphin-like vanes can an opening moment for actuating the guide vanes be reduced, resulting in lower actuating forces and thereby For example, a smaller actuator mechanism are required. Both the lighter-built adjustment mechanism and a this driving actuating device, thus can be easier and be formed in particular compact, resulting in modern motor vehicle is of significant advantage.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention will become apparent from the Subclaims, from the drawings and from the associated Description of the figures with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in each case specified combination, but also in other combinations or can be used in isolation, without the scope of the present To leave invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.preferred Embodiments of the invention are in the drawings and will become more apparent in the following description explained, wherein the same reference numerals to the same or similar or functionally identical components relate.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,there show, in each case schematically,

1 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Leitschaufelprofil in seiner delphinartigen Ausbildung, 1 a sectional view through an inventive guide vane profile in its dolphin-like training,

2 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit anderen geometrischen Verhältnissen. 2 a representation like in 1 but with different geometrical relationships.

Entsprechend den 1 und 2, weist eine erfindungsgemäße Leitschaufel 1 für eine nicht näher dargestellte Ladeeinrichtung, insbesondere für eine variable Turbinen- und/oder Verdichtergeometrie eines Abgasturboladers in einem Kraftfahrzeug, eine wendepunktfreie Profilmittellinie 2 auf. Darüber hinaus besitzen beide erfindungsgemäße Leitschaufeln 1 zwischen einem Nasenkreis 3und dem in Strömungsrichtung 4 dahinter gelegenen größten Konstruktionskreis 5 sowohl an einer Oberseite 6 als auch an einer Unterseite 7 jeweils zwei Wendepunkte 8 und 8' auf. Ein Radius des Nasenkreises 3 ist dabei mit RK bezeichnet, wogegen ein Radius des größten Konstruktionskreises 5 mit RM bezeichnet ist. Generell wird ein Profil derartiger Leitschaufeln 1 dadurch gebildet, dass Kreise unterschiedlichen Durchmessers entlang der Profilmittellinie 2 verschoben werden und mit ihrem äußersten Kreispunkt dadurch die Oberseite 6 und die Unterseite 7 bilden.According to the 1 and 2 , Has a guide vane according to the invention 1 for a charging device, not shown in detail, in particular for a variable turbine and / or compressor geometry of an exhaust gas turbocharger in a motor vehicle, a non-point profile centerline 2 on. About that In addition, both have vanes according to the invention 1 between a nose circle 3 and in the flow direction 4 behind it the largest construction circle 5 both on a top 6 as well as at a bottom 7 two turning points each 8th and 8th' on. A radius of the nose circle 3 is denoted by R K , whereas a radius of the largest construction circle 5 with R M is designated. Generally, a profile of such vanes 1 formed by circles of different diameters along the profile center line 2 be moved and with their outermost circle point thereby the top 6 and the bottom 7 form.

Gemäß der 1 ist dabei eine erfindungsgemäße Leitschaufel 1 dargestellt, die folgende geometrische Verhältnisse aufweist:

Figure 00040001
wobei bedeuten:

M
= ein Abstand in Strömungsrichtung zwischen einem Mittelpunkt des Nasenkreises und dem größten Konstruktionskreis,
L
= ein Abstand in Strömungsrichtung zwischen dem Mittelpunkt des Nasenkreises und dem Ende der Leitschaufel,
RK
= Radius des Nasenkreises,
RM
= Radius des größten Konstruktionskreises.
According to the 1 is a guide vane according to the invention 1 shown, which has the following geometric relationships:
Figure 00040001
where:
M
= a distance in the flow direction between a center of the nose circle and the largest construction circle,
L
a distance in the flow direction between the center of the nose circle and the end of the vane,
R K
= Radius of the nose circle,
R M
= Radius of the largest construction circle.

Gemäß der 2 hingegen ist eine Leitschaufel 1 dargestellt, die abweichend zur 1 folgende geometrische Verhältnisse aufweist:

Figure 00040002
wobei bedeuten:

M
= ein Abstand in Strömungsrichtung zwischen einem Mittelpunkt des Nasenkreises und dem größten Konstruktionskreis,
L
= ein Abstand in Strömungsrichtung zwischen dem Mittelpunkt des Nasenkreises und dem Ende der Leitschaufel,
RK
= Radius des Nasenkreises,
RM
= Radius des größten Konstruktionskreises.
According to the 2 however, is a vane 1 shown that differ from the 1 has the following geometric relationships:
Figure 00040002
where:
M
= a distance in the flow direction between a center of the nose circle and the largest construction circle,
L
a distance in the flow direction between the center of the nose circle and the end of the vane,
R K
= Radius of the nose circle,
R M
= Radius of the largest construction circle.

Beiden gezeigten Leitschaufelprofilen ist dabei gemein, dass diese einen delphinartigen Querschnitt aufweisen und dadurch strömungstechnisch besonders günstig ausgebildet sind. Insbesondere weisen derartige Leitschaufeln 1 ein geringes Öffnungsmoment auf, wodurch lediglich geringe Betätigungskräfte beim Verstellen der Leitschaufeln 1 erforderlich sind, was den großen Vorteil bietet, dass ein entsprechender Verstellmechanismus sowie eine hierfür benötigte Verstelleinrichtung ebenfalls kleiner, kompakt bauender und kostengünstiger ausgebildet werden können.Both guide vane profiles shown here is common that they have a dolphin-like cross-section and are thus designed to be particularly favorable in terms of flow. In particular, such guide vanes 1 a low opening torque, which only low actuation forces when adjusting the vanes 1 are required, which offers the great advantage that a corresponding adjustment mechanism and an adjusting device required for this purpose can also be made smaller, compact and cost-effective.

Generell sind dabei die beiden dargestellten Leitschaufeln 1 rein exemplarisch zu verstehen, so dass auch andere Leitschaufeln 1 von der Erfindung umfasst sein sollen, die ein für die Erfindung kennzeichnendes delphinartiges Querschnittsprofil aufweisen.In general, the two illustrated vanes are shown 1 purely exemplary to understand, so that other vanes 1 to be encompassed by the invention, which have a dolphin-like cross-sectional profile characterizing the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 6709232 B1 [0003] - US 6709232 B1 [0003]

Claims (5)

Leitschaufel (1) für eine Ladeeinrichtung, insbesondere für eine variable Turbinen- und/oder Verdichtergeometrie eines Abgasturboladers in einem Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufel (1) – eine wendepunktfreie Profilmittellinie (2) aufweist, – eine Oberseite (6) und eine Unterseite (7) zwischen einem Nasenkreis (3) und dem in Strömungsrichtung (4) dahinter gelegenen größten Konstruktionskreis (5) jeweils zwei Wendepunkte (8, 8') aufweisen.Guide vane ( 1 ) for a charging device, in particular for a variable turbine and / or compressor geometry of an exhaust gas turbocharger in a motor vehicle, characterized in that the guide vane ( 1 ) - a non-pointing profile centerline ( 2 ), - an upper side ( 6 ) and a bottom ( 7 ) between a nasal circle ( 3 ) and in the flow direction ( 4 ) behind it largest construction circle ( 5 ) two turning points each ( 8th . 8th' ) exhibit. Leitschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufel (1) folgende geometrische Verhältnisse aufweist;
Figure 00060001
wobei bedeuten; M = ein Abstand in Strömungsrichtung zwischen einem Mittelpunkt des Nasenkreises und dem größten Konstruktionskreis, L = ein Abstand in Strömungsrichtung zwischen dem Mittelpunkt des Nasenkreises und dem Ende der Leitschaufel, RK = Radius des Nasenkreises, RM = Radius des größten Konstruktionskreises.Guide vane according to claim 1, characterized in that the vane ( 1 ) has the following geometric relationships;
Figure 00060001
where mean; M = a distance in the flow direction between a center of the nose circle and the largest construction circle, L = a distance in the flow direction between the center of the nose circle and the end of the guide vane, R K = radius of the nose circle, R M = radius of the largest construction circle. Leitschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufel (1) folgende geometrische Verhältnisse aufweist;
Figure 00070001
wobei bedeuten; M = ein Abstand in Strömungsrichtung zwischen einem Mittelpunkt des Nasenkreises und dem größten Konstruktionskreis, L = ein Abstand in Strömungsrichtung zwischen dem Mittelpunkt des Nasenkreises und dem Ende der Leitschaufel, RK = Radius des Nasenkreises, RM = Radius des größten Konstruktionskreises.Guide vane according to claim 1, characterized in that the vane ( 1 ) has the following geometric relationships;
Figure 00070001
where mean; M = a distance in the flow direction between a center of the nose circle and the largest construction circle, L = a distance in the flow direction between the center of the nose circle and the end of the guide vane, R K = radius of the nose circle, R M = radius of the largest construction circle. Leitschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufel (1) folgende geometrische Verhältnisse aufweist;
Figure 00070002
wobei bedeuten; M = ein Abstand in Strömungsrichtung zwischen einem Mittelpunkt des Nasenkreises und dem größten Konstruktionskreis, L = ein Abstand in Strömungsrichtung zwischen dem Mittelpunkt des Nasenkreises und dem Ende der Leitschaufel, RK = Radius des Nasenkreises, RM = Radius des größten Konstruktionskreises.Guide vane according to claim 1, characterized in that the vane ( 1 ) has the following geometric relationships;
Figure 00070002
where mean; M = a distance in the flow direction between a center of the nose circle and the largest construction circle, L = a distance in the flow direction between the center of the nose circle and the end of the guide vane, R K = radius of the nose circle, R M = radius of the largest construction circle. Ladeeinrichtung, insbesondere ein Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einer variablen Turbinen- und/oder Verdichtergeometrie, die zumindest eine Leitschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.Charging device, in particular an exhaust gas turbocharger for a motor vehicle, with a variable turbine and / or compressor geometry, the at least one vane ( 1 ) according to one of the preceding claims.
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