-
Die Erfindung betrifft einen Ansaugtrakt für eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie einen Verdichter für einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 10 angegebenen Art.
-
Die
US 6739832 B2 offenbart einen Abgasturbolader mit einer Abgasturbine und mit einem Turbinengehäuse, durch welches ein Einlass gebildet ist, in welchen Abgas einströmbar ist und welcher das Abgas zu der Abgasturbine leitet. Der Abgasturbolader umfasst Mittel, um das Abgas in Strömungsrichtung des Einlasses zu leiten, wobei die Mittel eine Strömungsrichteinrichtung umfassen, die im Einlass angeordnet ist.
-
Darüber hinaus ist aus dem Serienbau von Verbrennungskraftmaschinen bekannt, in Ansaugtrakten der Verbrennungskraftmaschinen einen Verdichter anzuordnen, mittels welchem Luft für die jeweilige Verbrennungskraftmaschine verdichtbar ist.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ansaugtrakt für eine Verbrennungskraftmaschine sowie einen Verdichter für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, wobei ein verbesserter Betrieb des Verdichters ermöglicht ist.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Ansaugtrakt für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Verdichter für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Der erste Aspekt der Erfindung betrifft einen Ansaugtrakt für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, welcher eine Ansaugverrohrung umfasst, in welcher ein ein Verdichterrad aufweisender Verdichter angeordnet ist. Mittels des Verdichters ist der Verbrennungskraftmaschine durch die Ansaugverrohrung zuzuführende Luft verdichtbar. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in Strömungsrichtung der Luft durch die Ansaugverrohrung stromauf des Verdichterrads wenigstens ein Luftleitelement zumindest bereichsweise in der Ansaugverrohrung angeordnet ist, mittels welchem wenigstens bereichsweise eine Rückströmung der Luft von dem Verdichterrad weg vermeidbar ist. Dadurch können Pumpeffekte des Verdichters, die aus insbesondere temporärem Überschreiten der Pumpgrenze des Verdichters resultieren, vermieden werden, so dass der Verdichter stabil und effizient betrieben werden kann.
-
In bestimmten Betriebspunkten wird der Verdichter nahe der Pumpgrenze betrieben, um ein möglichst breites und nutzbares Kennfeld des Verdichters zu erhalten und nutzen zu können, um damit die Luft in einem besonders breiten Spektrum und vorteilhaft für eine Vielzahl an unterschiedlichen Betriebspunkten der Verbrennungskraftmaschine verdichten zu können, woraus ein effizienter und kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit nur geringen CO2-Emissionen resultiert.
-
Durch die Vermeidung der Pumpeffekte ist auch die Belastung des Verdichters und insbesondere des Verdichterrads während des Betriebs gering, was mit einer langen Lebensdauer des Verdichterrads und damit des Verdichters einhergeht.
-
Im Rahmen dieser Pumpeffekte kommt es zu Strömungsablösungen, welche insbesondere stromauf des Verdichterrads zu einer unerwünschten spiralförmigen Rückströmung vom Verdichterrad weg in Randbereichen desselbigen führen. Diese Rückströmungen, insbesondere in den Betriebspunkten nahe der Pumpgrenze, sind durch das Luftleitelement unterbunden und der Verdichter kann in einem breiten Kennfeld die Luft für die Verbrennungskraftmaschine vorteilhaft und effizient verdichten.
-
Ein weiterer Vorteil des Luftleitelements ist, dass dadurch auch eine Anströmung des Verdichters und insbesondere des Verdichterrads von der Luft vergleichmäßigt ist. Auch dies ist dem effizienten Betrieb des Verdichters und damit auch der effizienten und vorteilhaften Verdichtung der Luft zuträglich, was zu einem besonders effizienten und kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb mit nur geringen CO2-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine führt.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Luftleitelement einen zumindest im Wesentlichen hülsenförmigen Grundkörper auf. Dieser zumindest im Wesentlichen hülsenförmige Grundkörper, welcher von der zu verdichtenden Luft durchströmbar ist, ermöglicht eine besonders einfache Montage des Luftleitelements zumindest bereichsweise in der Ansaugverrohrung. Dies hält den Montageaufwand, die Montagezeit und damit die Montagekosten gering, was zu geringen Gesamtkosten des Ansaugtrakts führt. Dabei ist das Luftleitelemente beispielsweise besonders einfach und kostengünstig mittels des hülsenförmigen Grundkörpers in die Ansaugverrohrung einsetzbar, indem die Ansaugverrohrung eine zu einer entsprechenden Außenkontur des hülsenförmigen Grundkörpers korrespondierende Innenkontur aufweist, in welche der Grundkörper über die Außenkontur zumindest bereichsweise einsetzbar ist.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist das Luftleitelement zumindest eine Luftleitrippe auf, welche sich in radialer Richtung der Ansaugverrohrung von außen nach innen erstreckt. Die Luftleitrippe erstreckt sich dabei vorteilhafterweise in einer Erstreckungsrichtung nicht nur radial von außen nach innen, sondern auch in einer weiteren Erstreckungsrichtung in Strömungsrichtung der Luft und damit in axialer Richtung der Ansaugverrohrung zumindest im Wesentlichen parallel zu dieser. Dadurch ist eine Rückströmung der Luft von dem Verdichterrad weg insbesondere in Randbereichen der Ansaugverrohrung bzw. des Luftleitelements zumindest reduziert oder unterbunden, so dass das Verdichterrad besonders vorteilhaft von der Luft anströmbar und die Luft somit sehr effizient verdichtbar ist, ohne dass der Verdichter die Pumpgrenze überschreitet.
-
Vorteilhafterweise weist das Luftleitelement eine Mehrzahl von derartigen Luftleitrippen auf, welche in Umfangsrichtung des Luftleitelements verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt, angeordnet sind. Dadurch ist die Luft besonders gut in die gewünschte Strömungsrichtung ausgerichtet und wird durch die Luftleitrippen entsprechend geleitet. Ebenso ist die Rückströmung und damit das Überschreiten der Pumpgrenze in einem überwiegend großen Bereich, insbesondere in dem kompletten Bereich, in Umfangsrichtung über das Luftleitelement hinweg vermieden.
-
Weist das Luftleitelement wenigstens eine Lasche auf, mittels welcher das Ansaugelement relativ zu einer Ansaugverrohrung zentriert ist und/oder mittels welchem das Ansaugelement gegen eine Relativbewegung zur Ansaugverrohrung in axialer Richtung dieser gesichert ist, so birgt dies den Vorteil, dass dadurch einerseits das Luftleitelement auf besonders einfache und zeit- und kostengünstige Art und Weise in einer gewünschten und vorteilhaften Relativposition zu der Ansaugverrohrung insbesondere schon während der Montage des Luftleitelements ausgerichtet werden kann. Dies hält den Montageaufwand und damit die Montagekosten des Ansaugtrakts gering. Darüber hinaus sind keine weitere Schritte sowie Vorrichtungen zum Zentrieren des Luftleitelements vonnöten, was die Teileanzahl, das Gewicht und die Kosten des Ansaugtrakts gering hält.
-
Andererseits kann sich dadurch das Luftleitelement nicht relativ zur Ansaugverrohrung bewegen und verbleibt in der gewünschten definierten Relativposition zum Vermeiden der Rückströmung und zum effizienten Anströmen des Verdichterrads von der Luft.
-
Um die Teileanzahl und die Kosten gering zu halten, weist die Lasche oder eine Mehrzahl derartiger Laschen beide Funktionen auf, so dass das Luftleitelement mittels der Lasche bzw. mittels der Laschen zentriert und gesichert ist.
-
Dennoch ist es möglich, dass zumindest eine Lasche vorgesehen ist, mittels welcher das Luftleitelement zentriert ist und das zumindest eine weitere Lasche vorgesehen ist, mittels welcher das Luftleitelement gesichert ist. Dies kann gegebenenfalls einerseits eine besonders feste und genaue Zentrierung und andererseits eine besonders feste und sichere Halterung des Luftleitelements relativ zu bzw. an der Ansaugverrohrung ermöglichen.
-
Ist eine Mehrzahl derartiger Laschen vorgesehen, so sind diese vorteilhafterweise in Umfangsrichtung der Luftleitelements gleichmäßig verteilt angeordnet, um auf das Luftleitelement wirkende Kräfte gleichmäßig zu verteilen und somit die Belastung auf das Luftleitelement gering zu halten zur Darstellung einer hohen Lebensdauer des Luftleitelements.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Luftleitelement in der Ansaugverrohrung aufgenommen, insbesondere in die Ansaugverrohrung eingesteckt. Dies hält den Bauraumbedarf des Ansaugtrakts gering, was insbesondere in einem platzkritischen Bereich wie einem Motorraum des Kraftwagens zur Vermeidung und/oder zur Lösung von Package-Problemen beiträgt. Darüber hinaus ist dadurch eine besonders einfache Montage ermöglicht. Dies hält die Kosten des Ansaugtrakts gering.
-
Ist das Luftleitelement in einem Anschlussstutzen des Verdichters als die Ansaugverrohrung aufgenommen, so weist dadurch der Ansaugtrakt einen besonders geringen Bauraumbedarf auf, was mit den bereits in diesem Zusammenhang geschilderten Vorteilen einhergeht. Weiterhin birgt dies den Vorteil, dass dadurch das Luftleitelement zeitlich vor einer endgültiger Montage des Verdichters in dem Ansaugtrakt in den Anschlussstutzen einbringbar und damit vormontierbar ist, worauf der Verdichter und damit gleichzeitig das Luftleitelement endgültig montiert werden können. Dies bedeutet eine besonders kostengünstigen Montage.
-
Ein weiterer sich auf niedrige Kosten des Ansaugtrakts positiv auswirkender Aspekt ist, wenn das Luftleitelement als Tiefziehteil ausgebildet ist. Auf diese Art und Weise ist das Luftleitelement besonders kostengünstig herstellbar. Des Weiteren sind dadurch auf einfache Art und Weise geringe Wandstärken sowie vorteilhafte und gewünschte Geometrien des Luftleitelements zeit- und kostengünstig ausbildbar.
-
Das Luftleitelement kann beispielsweise zumindest im Wesentlichen aus einem Federstahl ausgebildet aus. Die Ausbildung des Luftleitelements aus einem dünnen Federstahlwerkstoff hat zur Folge, dass Druckverluste in der Ansaugverrohrung erwünschtermaßen sehr gering gehalten werden können und kaum merklich oder gar nicht auftreten. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das Luftleitelement als Tiefziehteil aus dem Federstahl ausgebildet wird.
-
Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft einen Verdichter für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Verdichterrad, welchem über ein Ansaugteil des Verdichters Luft zuführbar ist und mittels welchem der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft verdichtbar ist.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in Strömungsrichtung der Luft durch das Ansaugteil stromauf des Verdichterrads wenigstens ein Luftleitelement, insbesondere des erfindungsgemäßen Ansaugtrakts, zumindest bereichsweise in dem Ansaugteil angeordnet ist, mittels welchem eine Rückströmung der Luft von dem Verdichterrad weg vermeidbar ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ansaugtrakts sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verdichters und umgekehrt anzusehen.
-
Wie bereits zum ersten Aspekt der Erfindung geschildert, ist durch das Luftleitelement die insbesondere spiralförmige Rückströmung insbesondere in Randbereichen der Ansaugverrohrung bzw. des Ansaugteils reduziert oder vermieden, wodurch der Verdichter nahe der Pumpgrenze im Kennfeld des Verdichters betrieben werden kann, ohne die Pumpgrenze zu überschreiten.
-
Dadurch kann der Verdichter in einem breiten Kennfeld besonders effizient betrieben werden, was mit einem effizienten und damit kraftstoffverbrauchsarmen sowie CO2-emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine einhergeht. Der erfindungsgemäße Verdichter weist dabei insbesondere den Vorteil auf, dass das Luftleitelement in das Ansaugteil integriert ist, so dass der Verdichter bzw. der Abgasturbolader mit dem Verdichter zusammen mit dem Luftleitelement als Modul hergestellt bzw. vormontiert und an ein Montageband zur Montage des Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, angeliefert werden kann. Dort kann dann der Verdichter bzw. der Abgasturbolader mit dem Luftleitelement als Modul montiert werden, indem beispielsweise an das Ansaugteil des Verdichters eine korrespondierende Ansaugverrohrung des Kraftwagens, insbesondere des Personenkraftwagens, angeschlossen wird, so dass Luft durch die Ansaugverrohrung und durch das Ansaugteil zu dem Verdichterrad strömen kann. Dadurch ist auch eine zeit- und kostengünstige Montage des Kraftwagens ermöglicht, was die Kosten für den Kraftwagen gering hält.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Beschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht eines Ansaugtrakts für eine Verbrennungskraftmaschine eines Personenkraftwagens mit einer Ansaugverrohrung, über welche einem Verdichter eines Abgasturboladers zu verdichtende Luft zuführbar ist, wobei stromauf des Verdichters ein Luftleitelement angeordnet ist, mittels welchem eine Rückströmung der Luft von dem Verdichter weg insbesondere in Randbereichen der Abgasverrohrung vermieden ist;
-
2 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines Anschlussstutzens des Verdichters des Abgasturboladers gemäß 1, in welchem das Luftleitelement eingesetzt ist;
-
3 eine schematische Perspektivansicht des Luftleitelements gemäß den vorhergehenden Figuren;
-
4a eine schematische Längsschnittansicht des Luftleitelements gemäß den vorhergehenden Figuren;
-
4b eine schematische Seitenansicht des Luftleitelements gemäß den vorhergehenden Figuren;
-
4c eine schematische Draufsicht des Luftleitelements gemäß den vorhergehenden Figuren;
-
4d eine weitere schematische Längsschnittansicht des Luftleitelements gemäß den vorhergehenden Figuren; und
-
4e eine schematische Perspektivansicht des Luftleitelements gemäß den vorhergehenden Figuren.
-
Die 1 zeigt ausschnittsweise einen Ansaugtrakt 10 für eine Verbrennungskraftmaschine eines Personenkraftwagens. Der Ansaugtrakt 10 umfasst ein Abgasverrohrung 12, mittels welcher Luft der Verbrennungskraftmaschine zuzuführen ist. Dazu durchströmt die Luft die Ansaugverrohrung 12 gemäß Richtungspfeilen 14 und 16, wobei die in Strömungsrichtung gemäß dem Richtungspfeil 14 strömende Luft mittels eines ersten Luftfilters und die in Strömungsrichtung gemäß dem Richtungspfeil 16 strömende Luft mittels eines zweiten Luftfilters gefiltert wird.
-
In dem Ansaugtrakt 10 ist ein in der 1 nicht dargestellter Verdichter eines Abgasturboladers angeordnet, welcher ein Verdichterrad umfasst, mittels welchem die der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft verdichtbar ist. Die Ansaugverrohrung 12 umfasst einen Anschlussstutzen 18 des Verdichters, wobei der Anschlussstutzen 18 durch eine Gehäuse 20 (2) des Verdichters gebildet ist. Die Luft kann gemäß Richtungspfeilen 22 in den Verdichter gemäß einem Richtungspfeil 24 strömen und das Verdichterrad anströmen.
-
Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, ist in den Anschlussstutzen 18 ein Luftleitelement 26 eingesteckt, mittels welchem eine Rückströmung der Luft von dem Verdichterrad weg insbesondere in Randbereichen der Ansaugverrohrung 12 bzw. dem Anschlussstutzen 18 vermieden ist.
-
Dadurch kann der Verdichter nahe seiner Pumpgrenze betrieben werden, ohne diese zu überschreiten. Dadurch sind der Verdichter und die Verbrennungskraftmaschine besonders effizient und insbesondere kraftstoffverbrauchsarm betreibbar, womit geringe CO2-Emissionen einhergehen.
-
Wie in Zusammenschau mit den 4a–4e besonders deutlich wird, umfasst das Luftleitelement 26 einen im Wesentlichen hülsenförmigen Grundkörper 28, welcher einen Kragen 30 aufweist, der in dem in den Anschlussstutzen 18 eingesteckten Zustand an einer korrespondierenden Anschlagfläche des Anschlussstutzens 18 anliegt, um somit eine schnelle und kostengünstige Positionierung des Luftleitelements 26, insbesondere in axialer Richtung des Anschlussstutzens 18 gemäß einem Richtungspfeil 32, relativ zum Anschlussstutzen 18 zu ermöglichen.
-
Eine entsprechende Positionierung des Luftleitelements 26 relativ zum Anschlussteil 18 in radialer Richtung des Anschlussstutzens 18 gemäß einem Richtungspfeil 34 erfolgt zum einen durch die zumindest im Wesentlichen hülsenförmige Ausbildung des Grundkörpers 28. Zum anderen umfasst das Luftleitelement 26 in Umfangsrichtung des Luftleitelements 26 gemäß einem Richtungspfeil 36 gleichmäßig verteilten Laschen 38, welche in radialer Richtung gemäß dem Richtungspfeil 36 nach außen erhaben sind und über welche das Luftleitelement 26 an korrespondierenden Innenflächen des Anschlussstutzens 18 abgestützt ist. Die Laschen 38 ermöglichen dabei einerseits eine Zentrierung des Luftleitelements im Anschlussstutzen 18. Andererseits ermöglichen sie eine Fixierung des Luftleitelements 26 am Anschlussstutzen 18 insbesondere in axialer Richtung gemäß dem Richtungspfeil 32. Dazu verkrallen sich jeweilige Endbereiche der Laschen 38 in dem Anschlussstutzen 18. Eine Relativbewegung des Luftleitelements 26 zum Anschlussstutzen 18 ist dadurch vermieden.
-
Um die insbesondere spiralförmigen Rückströmungen im Randbereich des Anschlussstutzens 18 zu vermeiden, umfasst das Luftleitelement 26 weiterhin eine Mehrzahl von Luftleitrippen 40, welche in Umfangsrichtung des Luftleitelements 26 gemäß dem Richtungspfeil 38 gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
-
Die Luftleitrippen 40 erstrecken sich dabei in radialer Richtung gemäß dem Richtungspfeil 34 von außen nach innen sowie insbesondere zumindest im Wesentlichen parallel zur axialen Richtung gemäß dem Richtungspfeil 32.
-
Das Luftleitelement 26 ist als Tiefziehteil aus einem dünnen Federstahlwerkstoff ausgebildet, woraus eine sehr geringe Beeinflussung einer Regelströmung der Luft durch die Ansaugverrohrung 12 und den Anschlussstutzen 18 hindurch zum Verdichter bzw. zum Verdichterrad sowie nur sehr geringe Druckverluste resultieren.
-
Ferner weist das Luftleitelement 26 infolge seiner Ausbildung als Tiefziehteil nur geringe Herstellkosten auf, was die Kosten für den Ansaugtrakt 10 und damit den gesamten Personenkraftwagen gering hält. Ein weiterer niedrige Kosten positiv beeinflussender Aspekt ist, dass der Abgasturbolader mit dem in dem Anschlussstutzen 18 aufgenommenen Luftleitelement 26 als Modul montiert werden kann, wodurch eine quasi gleichzeitige Montage des Abgasturboladers und des Luftleitelements 26 realisiert ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
