DE102011111747A1

DE102011111747A1 - Verdichter für einen Abgasturbolader

Info

Publication number: DE102011111747A1
Application number: DE102011111747A
Authority: DE
Inventors: Michael Stiller; Siegfried Sumser
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-02-28

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verdichter (42) für einen Abgasturbolader (22) einer Verbrennungskraftmaschine (10), insbesondere eines Kraftwagens, mit einem zumindest bereichsweise in einem Aufnahmeraum eines Verdichtergehäuses (72) um eine Drehachse (28) drehbar aufgenommenen Verdichterrad (38), welchem über wenigstens einen ersten Zuführkanal (60) zu verdichtende Luft zuführbar ist, und mit einer Stelleinrichtung (65), mittels welcher Anströmbedingungen für das Verdichterrad (38) einstellbar sind, wobei wenigstens ein zumindest bereichsweise fluidisch von dem ersten Zuführkanal (60) getrennter, zweiter Zuführkanal (62) vorgesehen ist, über welchen dem Verdichterrad (38) zu verdichtende Luft zuführbar ist und in welchem zumindest ein Leitelement (88) zum Leiten der Luft zu dem Verdichterrad (38) angeordnet ist, wobei die Stelleinrichtung (65) zumindest ein Stellelement (66) umfasst, mittels welchem ein von der Luft zu durchströmender Strömungsquerschnitt des ersten Zuführkanals (60) einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter für einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Durch die fortwährende und insbesondere durch den Gesetzgeber getriebene Verschärfung der Emissionsgrenzwerte, insbesondere hinsichtlich Stickoxid-(NO_x-) und Rußemissionen, ergibt sich eine starke Beeinflussung auf die Gestaltung von Aufladeeinrichtungen zum Aufladen von Verbrennungskraftmaschinen für Kraftwagen. Aus den wachsenden Anforderungen hinsichtlich der Bereitstellung von Ladedrücken aufgrund hoher gewünschter Abgasrückführraten über den mittleren Lastbereich bis hin zur Volllast der Verbrennungskraftmaschinen resultiert die Anforderung, Turbinen von Abgasturboladern der Aufladeeinrichtungen hinsichtlich ihrer Strömungsquerschnitte mehr und mehr geometrisch zu verkleinern. Geforderte hohe Turbinenleistungen der Turbinen werden somit durch eine Steigerung der Aufstaufähigkeit bzw. durch eine Reduktion der Schluckfähigkeit der Turbinen im Zusammenspiel mit dem jeweiligen dazu korrespondierenden Verbrennungskraftmaschinen realisiert.
Insbesondere im Anwendungsfeld von Personenkraftwagen, wobei die Verbrennungskraftmaschinen ein ausgeprägtes Instationärverhalten aufweisen, ist es bekannt, zur Beeinflussung des Instationärverhaltens eine variable Aufstaufähigkeit der Turbinen mittels variabler Turbinengeometrien zu erzeugen.
Es hat sich gezeigt, dass auch auf der jeweiligen Luftseite der Verbrennungskraftmaschinen Variabilitäten von Vorteil sein können, um die eingangs geschilderten Anforderungen erfüllen zu können.
So offenbart die DE 10 2007 058 603 A1 einen Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einem in einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine anordenbaren Verdichter zum Vorverdichten eines durch den Ansaugtrakt aus dem Verdichter zu leitenden Luftstroms. Dem Verdichter ist dabei eine schaltbare Luftführungsvorrichtung zugeordnet, mittels welcher der Verdichter auf zumindest zwei unterschiedliche Weisen mit dem Luftstrom anzuströmen ist.
Aus der DE 10 2005 019 939 A1 ist ein Verdichter im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine bekannt, der ein in einem Verdichtereinlasskanal drehbar gelagertes Verdichterrad aufweist. Über das Verdichterrad ist zugeführte Verbrennungsluft auf einen erhöhten Ladedruck komprimierbar. Es ist ein Zusatzkanal vorgesehen, der in Höhe des Verdichterrades radial in den Verdichtereinlasskanal einmündet. Das Verdichterrad ist mit einem die Verdichterradschaufeln umgreifenden, eine Turbinenradnabe und Turbinenradschaufeln umfassenden Kaltluft-Turbinenrad drehgekoppelt. Dabei ist die Turbinenradnabe hohlzylindrisch ausgebildet und zwischen den Verdichterradschaufeln und den Turbinenradschaufeln angeordnet. Radial zwischen einer die Verdichterradschaufeln tragenden Verdichterradnabe und der Turbinenradnabe ist ein axialer Strömungsweg gegeben.
Der bekannte Abgasturbolader und der bekannte Verdichter weisen weiteres Potenzial auf, einen weiter verbesserten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine insbesondere hinsichtlich der Erfüllung der eingangs geschilderten Anforderungen zu realisieren.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdichter für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, welche einen verbesserten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Verdichter für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Ein solcher Verdichter für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, umfasst ein Verdichterrad. Das Verdichterrad ist zumindest bereichsweise in einem Aufnahmeraum eines Verdichtergehäuses des Verdichters aufgenommen und um eine Drehachse relativ zu dem Verdichtergehäuse drehbar.
Dem Aufnahmeraum und damit dem Verdichterrad ist über wenigstens einen ersten Zuführkanal mittels des Verdichters zu verdichtende Luft in axialer Richtung des Verdichterrads zuführbar. Dies bedeutet, dass die Luft dem Verdichterrad bezogen auf dessen axiale Richtung in eben dieser Richtung zugeführt wird und das Verdichterrad von der axialen Richtung her anströmt. Der Verdichter umfasst ferner eine Stelleinrichtung, mittels welcher Anströmbedingungen für das Verdichterrad einstellbar sind. Dies bedeutet, dass die Stelleinrichtung stromauf des Verdichterrads angeordnet ist. Mittels der Stelleinrichtung sind wenigstens zwei voneinander unterschiedliche Anströmbedingungen für das Verdichterrad einstellbar.
Der Verdichter weist außerdem wenigstens einen zumindest bereichsweise fluidisch von dem ersten Zuführkanal getrennten, zweiten Zuführkanal auf. Über den zweiten Zuführkanal ist dem Verdichterrad zu verdichtende Luft ebenso in axialer Richtung des Verdichterrads zuführbar ist. Mit anderen Worten kann die Luft das Verdichterrad auch über den zweiten Zuführkanal von der axialen Richtung her anströmen.
In dem zweiten Zuführkanal ist zumindest ein Leitelement zum Leiten der Luft zu dem Verdichterrad angeordnet. Die Stelleinrichtung umfasst dabei zumindest ein Stellelement, mittels welchem ein von der Luft zu durchströmender Strömungsquerschnitt des ersten Zuführkanals einstellbar ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Leitelement in axialer Richtung des Verdichterrads von der Luft anströmbar ist, wobei die zumindest im Wesentlichen axial gerichtete Strömung der Luft mittels des Leitelements in eine zumindest im Wesentlichen drallförmige Strömung umwandelbar ist. Mit anderen Worten ström die Luft stromauf des Leitelements zumindest im Wesentlichen axial, d. h. zumindest im Wesentlichen parallel zur axialen Richtung des Verdichterrads. In diesem axial ausgerichteten Zustand strömt die Luft das Leitelement an. Das Leitelement, welches somit auch als Axialleitelement bezeichnet wird, transformiert die axial gerichtete Strömung der Luft in eine drallförmige Strömung der Luft, bei welcher die Strömung der Luft zum Beispiel um die Drehachse des Verdichterrads dreht bzw. zumindest im Wesentlichen spiralförmig verläuft. Das bedeutet, dass die Strömung der Luft stromab des Leitelements drallförmig ausgeprägt ist und dem Verdichterrad drallförmig (und nicht mehr axial ausgerichtet, wie es stromauf des Leitelements der Fall ist) in axialer Richtung (von der axialen Richtung her) zugeführt wird. Die drallförmig ausgerichtete bzw. drallförmige Strömung mündet somit zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung bzw. von der axialen Richtung her (und nicht in radialer Richtung) in einen Verdichterradeintrittsbereich. Anschließend wird die Luft mittels des Verdichterrads verdichtet. So wird das Verdichterrad besonders strömungsgünstig von der Luft angeströmt.
Das Leitelement ist somit als Drallvorrichtung ausgebildet und kann durch die Transformation (Umwandlung) der zumindest im Wesentlichen axial gerichteten Strömung der Luft in die drallförmige Strömung für eine besonders effiziente Anströmung des Verdichterrads sorgen, was zu einem effizienten Betrieb des Verdichters und damit der Verbrennungskraftmaschine führt.
Das Stellelement ist zwischen einer ersten Stellung und wenigstens einer zweiten Stellung verstellbar. In der ersten Stellung ist der erste Zuführkanal zumindest bereichsweise freigegeben, so dass er von Luft durchströmt werden kann. In der zweiten Stellung ist der erste Strömungskanal gegenüber der ersten Stellung fluidisch versperrt bzw. hinsichtlich seines Strömungsquerschnitts verkleinert. Das Stellelement fungiert somit als Drossel zum Freigeben und demgegenüber Versperren des ersten Zuführkanals. Durch das entsprechende Verstellen des Stellelements kann die mittels des Verdichters zu verdichtende und der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft bzw. ihre Menge auf den ersten Zuführkanal und auf den zweiten Zuführkanal variabel aufgeteilt werden. Mit anderen Worten durchströmt je nach Stellung des Stellelements eine größere oder kleinere Menge an Luft durch den ersten Zuführkanal bzw. durch den zweiten Zuführkanal. Bezogen auf einen zumindest im Wesentlichen konstanten und über beide Zuführkanäle aufsummierten Luftmassenstrom bedeutet dies, dass durch das Verstellen des Stellelements zwischen den wenigstens zwei Stellungen ein den ersten Zuführkanal durchströmender erster Luftmassenteilstrom und ein den zweiten Zuführkanal durchströmender zweiter Luftmassenteilstrom variabel einstellbar sind, wobei die beiden Luftmassenteilströme in Summe zumindest im Wesentlichen den gesamten Luftmassenstrom ergeben. Der zweite Luftmassenteilstrom wird dabei auch als Bypass-Gasstrom bezeichnet, da er den ersten Zuführkanal umgeht (bypassiert) und durch den zweiten Zuführkanal strömt. Dies bedeutet weiterhin, dass somit der zweite Zuführkanal einen Umgehungskanal (Bypasskanal) zum Umgehen des ersten Zuführkanals darstellt.
Durch diese Ausgestaltung des Verdichters und das vorteilhafte Leiten der den zweiten Zuführkanal durchströmenden Luft ist eine starke Beeinflussung des Verhaltens des Verdichters insbesondere hinsichtlich seiner Pumpgrenze realisiert. Ebenso sind ein effizienter Freiheitsgrad und damit die Fähigkeit geschaffen, ein gesteigertes oder demgegenüber vermindertes Druckverhältnis bei vergleichbaren und zumindest im Wesentlichen ähnlichen Drehzahlen des Verdichterrads zu erzeugen.
Der erfindungsgemäße Verdichter stellt somit einen variablen Verdichter dar, mittels welchem im zumindest nahezu gesamten Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine bis hin zu niedrigen Last- und/oder Drehzahlbereichen der Luftbedarf der Verbrennungskraftmaschine sowie gegebenenfalls ein Abgasrückführungsbedarf variabel beeinflussbar sind. Durch diese sehr variable Beeinflussbarkeit kann ein besonders effizienter und somit verbesserter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden, was mit einem geringen Kraftstoffverbrauch und damit mit geringen CO₂-Emissionen einhergeht. Auch können dadurch Stickoxid-(NO_x-) sowie Rußemissionen besonders gering gehalten werden, so dass insbesondere auch die eingangs geschilderten Anforderungen befriedigt werden können.
Der erfindungsgemäße Verdichter ist insbesondere vorteilhaft bei einer Anwendung in einem Personenkraftwagen. Bei einem Personenkraftwagen weist die Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Personenkraftwagens ein ausgeprägtes Instationärverhalten auf. Durch die entsprechende Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verdichters kann der Verdichter effizient und variabel an unterschiedliche und sich schnell und häufig ändernde Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine angepasst werden und somit einen effizienten und emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ermöglichen. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Verdichter hohe Aufladegrade und damit hohe Ladedrücke für die Verbrennungskraftmaschine darstellen, so dass auch Verbrennungskraftmaschinen mit einem nur sehr geringen Hubvolumen effizient aufgeladen werden können. Der erfindungsgemäße Verdichter ermöglicht somit die besonders ausgeprägte Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine nach dem sogenannten Downsizing-Prinzip, wobei die Verbrennungskraftmaschine ein besonders geringes Hubvolumen aufweist, jedoch besonders hohe spezifische Leistungen und Drehmomente bereitstellen kann.
Der erfindungsgemäße Verdichter ist insbesondere auch bei einer als Otto-Motor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine vorteilhafterweise anzuwenden, da ein solcher Otto-Motor hohe Spreizungen hinsichtlich seines Luftbedarfs aufweist. Diese hohe Spreizung ist durch die große Kennfeldbreite des erfindungsgemäßen Verdichters befriedigbar. Insbesondere ist es möglich, durch die Stelleinrichtung einem Verdichterpumpen des Verdichters wenigstens kurzfristig entgegenwirken zu können, was zu einem vorteilhaften Betrieb des Verdichters und damit der Verbrennungskraftmaschine führt.
Der Verdichter ist beispielsweise als Radialverdichter ausgebildet, bei welchem das Verdichterrad zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung von der Luft abgeströmt wird. Dies hält den Bauraumbedarf und das Gewicht des Verdichters gering.
Vorteilhafterweise sind die Zuführkanäle in das Verdichtergehäuse integriert. Auch dies hält den Bauraumbedarf des erfindungsgemäßen Verdichters gering, was zur Vermeidung und/oder zur Lösung von Package-Problemen führt.
Alternativ oder zusätzlich sind das Stellelement und/oder das Leitelement zumindest bereichsweise, insbesondere überwiegend und vorzugsweise vollständig in das Verdichtergehäuse integriert, d. h. in diesem aufgenommen. Dadurch weist der Verdichter einen besonders geringen Bauraumbedarf auf.
Bevorzugt ist mittels des Leitelements der drallförmigen Strömung ein Mitdrall aufprägbar, welcher zumindest im Wesentlichen in Richtung der Umfangsgeschwindigkeit der Strömung der Luft an wenigstens einem Laufradleitelement des Verdichterrads gerichtet ist. Mit anderen Worten lenkt das Leitelement die den zweiten Zuführkanal stromauf des Leitelements zumindest im Wesentlichen in axial gerichtetem Zustand durchströmende Luft in einen Eintrittsdrall des Turbinenrads in Richtung der Umfangsgeschwindigkeit an dem Laufradleitelement um. Hierdurch wird die Zuströmrichtung der Luft zum Laufradleitelement im Bereich der Pumpgrenze vorteilhaft durch besonders geringe Fehlanströmungen des Laufradleitelements beeinflusst, wodurch ein nutzbarer stabiler Verdichterkennfeldbereich auch besonders geringe Luftdurchsätze durch den Verdichter umfasst. Ausgehend von dem Verdichter ohne das Leitelement bedeutet dies, dass der nutzbare stabile Verdichterkennfeldbereich hin zu besonders geringen Luftdurchsätzen ausgeweitet werden kann.
Das Laufradleitelement ist beispielsweise eine Laufradschaufel einer Beschaufelung des Verdichterrads, über die das Verdichterrad von der Luft angeströmt wird und mittels welcher das Verdichterrad die Luft verdichtet.
Im Vergleich zu einem herkömmlichen Verdichter kann bei dem erfindungsgemäßen Verdichter bei gleichen Durchsatzpunkten bezogen auf das Geschwindigkeitsdreieck an der Beschaufelung des Verdichterrads die relative Geschwindigkeit am Eintritt des Verdichterrads abgesenkt werden. Dies bedeutet insbesondere bei hohen Drehzahlen des Verdichterrads eine vorteilhafte Machzahlabsenkung im Relativsystem von sich drehenden Eintrittskanten der Beschaufelung in ihrem Außenkonturbereich.
Der zweite Zuführkanal ist beispielsweise zumindest im Wesentlichen als Ringkanal ausgebildet und verläuft in Umfangsrichtung des Verdichterrads und damit des ersten Zuführkanals über den Umfang des ersten Zuführkanals. Dabei kann vorgesehen sein, dass der zweite Zuführkanal zumindest im Wesentlichen symmetrisch zur Drehachse und/oder konzentrisch zur Drehachse angeordnet ist. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der zweite Zuführkanal bezüglich der Drehachse asymmetrisch ausgebildet ist und/oder zur Drehachse unkonzentrisch angeordnet ist. Dadurch können je nach Anwendungsfall besonders günstige Verhaltenseigenschaften des Verdichters gewährleistet werden, um für einen effizienten, kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu sorgen. Entsprechend von Rohranordnungen im Zu- und Ablauf des Verdichters kann es bei entsprechenden Aufgabenstellungen vorteilhaft sein, den Ringkanal asymmetrisch auszugestalten, um einen besonders großen Einfluss z. B. auf die Verschiebung der Pumpgrenze des Verdichters im realen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu erreichen.
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der erste Zuführkanal mittels des Stellelements fluidisch zumindest im Wesentlichen verschließbar. Dies bedeutet, dass das Stellelement in eine Endstellung verstellbar bzw. bewegbar ist, in der der erste Zuführkanal zumindest im Wesentlichen fluidisch versperrt ist und somit gegebenenfalls bis auf Leckagen nicht von Luft durchströmt werden kann. Dadurch ist eine besonders hohe Flexibilität geschaffen, den erfindungsgemäßen Verdichter in einem besonders breiten Spektrum an unterschiedliche Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine und damit an unterschiedliche Luftmassenströme effizient anpassen zu können. Dabei strömt die mittels des Verdichters zu verdichtende Luft vollständig durch den zweiten Zuführkanal und wird mittels des wenigstens einen Leitelements entsprechend ab- bzw. umgelenkt und dem Verdichterrad zugeführt. Dadurch wird das Verdichterrad besonders effizient angeströmt.
In weiterer besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist in dem zweiten Zuführkanal wenigstens ein weiteres Leitelement zum Leiten der Luft zu dem Verdichterrad angeordnet. Dabei können die zuvor und im Folgenden geschilderten Ausgestaltungen und Vorteile des Leitelements analog auf das weitere Leitelement übertragen werden. Durch die Leitelemente ist beispielsweise ein sogenanntes Axialgitter gebildet, mittels welchem die stromauf der Leitelemente zumindest im Wesentlichen axial gerichtet durch den zweiten Zuführkanal strömende Luft entsprechend ab- bzw. umgelenkt werden kann. Mit anderen Worten kann der Strömung der Luft durch den zweiten Zuführkanal mittels des Leitgitters eine vorgebbare und gewünschte Strömungsrichtung in Form des Dralls aufgeprägt werden, der von der axial gerichteten Strömung stromauf des Leitelements abweicht.
Wenigstens eines der Leitelemente ist dabei beispielsweise zumindest im Wesentlichen tragflächenförmig ausgebildet und/oder in axialer Richtung gekrümmt, insbesondere bogenförmig ausgebildet. Die Leitelemente, welche auch als Schaufeln bezeichnet werden, weisen dabei eine zumindest im Wesentlichen radiale Erstreckung auf, welche als Schaufelhöhe bezeichnet wird. Die jeweiligen Schaufelhöhen der Leitelemente können dabei in Abhängigkeit von thermodynamischen Anforderungen bezogen auf die Umfangsrichtung des zweiten Zuführkanals zumindest im Wesentlichen gleich und/oder konzentrisch zur Drehachse angeordnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Leitelemente in Umfangsrichtung über den Umfang des ersten Zuführkanals zumindest im Wesentlichen gleichmäßig angeordnet sind.
Ebenfalls ist auch eine dazu unterschiedliche Anordnung bzw. Ausgestaltung möglich. Dies bedeutet, dass die Schaufelhöhen der Leitelemente voneinander unterschiedlich sein können. Alternativ oder zusätzlich können die Leitelemente in Umfangsrichtung über den Umfang des ersten Zuführkanals ungleichmäßig verteilt sein und/oder zur Drehachse unkonzentrisch angeordnet sein. Die entsprechende Ausgestaltung und Anordnung der Leitelemente ist dabei auf den entsprechenden und vorliegenden Anwendungsfall abzustimmen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens zwei von den Leitelementen in Umfangsrichtung begrenzte Strömungsteilquerschnitte des zweiten Zuführkanals voneinander unterschiedlich ausgebildet. Dies bedeutet, dass ein erster der Strömungsteilquerschnitte zwischen den Leitelementen größer ist als der zweite Strömungsteilquerschnitt. Dadurch kann der Verdichter besonders effizient an thermodynamische Erfordernisse angepasst werden und einen effizienten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ermöglichen.
Besonders vorteilhafte Anströmungsbedingungen für das Verdichterrad bzw. für dessen Beschaufelung sind geschaffen, wenn die den zweiten Zuführkanal durchströmende Luft mittels des Leitelements oder mittels wenigstens eines der Leitelemente bezogen auf die axiale Richtung in einem Winkelbereich von einschließlich 30° bis einschließlich 60° ablenkbar ist. Mit anderen Worten lenkt wenigstens eines der Leitelemente die den zweiten Zuführkanal durchströmende Strömung der Luft gegenüber der zumindest im Wesentlichen axial gerichteten Durchströmung des zweiten Zuführkanals um einen Ablenkwinkel ab, der im Winkelbereich von einschließlich 30° bis einschließlich 60° liegt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verdichter und dem wenigstens einen Leitelement kann es sich um einen sogenannten Festgeometrieverdichter handeln. Dabei ist das Leitelement bzw. sind die Leitelemente fest in dem zweiten Zuführkanal aufgenommen. Dies bedeutet, dass die Leitelemente bzw. das Leitelement relativ zu den zweiten Zuführkanal begrenzenden Wandungen fest und damit unbewegbar sind.
Alternativ kann vorteilhafter vorgesehen sein, dass das Leitelement oder wenigstens eines der Leitelemente relativ zu den den zweiten Zuführkanal begrenzenden Wandungen bewegbar in dem zweiten Zuführkanal aufgenommen ist. Somit ist der erfindungsgemäße Verdichter als variabler Verdichter ausgebildet und weist sozusagen eine variable Verdichtergeometrie auf. Dabei kann vorgesehen sein, dass wenigstens eines der Leitelemente in dem zweiten Zuführkanal relativ zu diesem um die Drehachse verschiebbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass wenigstens eines der Leitelemente um eine weitere Drehachse relativ zu den den zweiten Zuführkanal begrenzenden Wandungen drehbar ist.
Durch die variable Verdichtergeometrie ist es beispielsweise möglich, einen weiteren Strömungsquerschnitt des zweiten Zuführkanals bzw. die Strömungsteilquerschnitte variabel einzustellen, um wenigstens eines der Leitelemente relativ zu den den zweiten Zuführkanal begrenzenden Wandungen zwischen wenigstens zwei Stellungen zu verstellen. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte Variabilität des Verdichters geschaffen, was zu einem vorteilhaften, kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine führt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung 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 eine Prinzipdarstellung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, mit einer Aufladeeinrichtung, die einen Abgasturbolader mit einem in einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Verdichter umfasst, wobei der Verdichter zwei Zuführkanäle aufweist, über die einem Verdichterrad des Verdichters zu verdichtende Luft zuführbar ist, wobei in einem der Zuführkanäle ein Drosselelement und in dem anderen Zuführkanal ein Leitgitter angeordnet ist;
2 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer Ausführungsform des Verdichters gemäß 1;
3 ausschnittsweise eine schematische Abwicklungsansicht einer Ausführungsform des Leitgitters des Verdichters gemäß 1;
4 eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform des Leitgitters gemäß 3; und
5 eine Darstellung zweier Geschwindigkeitsdreiecke an einer Beschaufelung des Verdichterrads des Verdichters gemäß 1, wobei sich eines der Geschwindigkeitsdreiecke auf eine Anströmung des Verdichterrads ohne das Leitgitter und das andere Geschwindigkeitsdreieck auf eine Anströmung des Verdichterrads mit dem Leitgitter bezieht.
Die 1 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 10 mit sechs Zylindern 12. Die Verbrennungskraftmaschine 10 kann als Otto-Motor, Diesel-Motor, Diesotto-Motor oder anderweitige Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein und mit flüssigen und/oder gasförmigen und/oder anderweitigen Kraftstoffen betrieben werden. Während eines verbrennungsmotorischen Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 laufen in den Zylindern 12 Verbrennungsvorgänge ab, wodurch eine Kurbelwelle 14 angetrieben wird. Aus den Verbrennungsvorgängen resultiert Abgas, welches über Auslasskanäle der Zylinder 12 in Abgasverrohrungen 16 eines Abgastrakts 18 der Verbrennungskraftmaschine 10 einströmt. Das Abgas wird mittels der Abgasverrohrungen 16 zu einer Turbine 20 eines Abgasturboladers 22 einer Aufladeeinrichtung 24 der Verbrennungskraftmaschine 10 geleitet. Die Turbine 20 umfasst ein Turbinengehäuse mit einem Aufnahmeraum, in welchem ein Turbinenrad 26 um eine Drehachse 28 relativ zu dem Turbinengehäuse drehbar aufgenommen ist. Das Abgas strömt das Turbinenrad 26 an, wodurch das Turbinenrad 26 angetrieben und um die Drehachse 28 gedreht wird.
In einem Zuführkanal zum Zuführen des Abgases zu dem Turbinenrad 26 stromauf des Turbinenrads 26 ist eine erste Stelleinrichtung 30 in Form einer variablen Turbinengeometrie zumindest teilweise angeordnet, mittels welcher Strömungsbedingungen der Turbine 20 für das Abgas variabel einstellbar sind. Die Turbine 20 ist somit als Vario-Turbine ausgebildet und weist eine variable Turbinengeometrie auf, mittels welcher die Turbine 20 an unterschiedliche Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine 10 und somit an unterschiedliche Abgasmassenströme anpassbar ist. Dadurch kann die Turbine 20 besonders effizient betrieben werden. Beispielsweise ist es mittels der variablen Turbinengeometrie möglich, einen von dem Abgas zu beströmenden effektiven Strömungsquerschnitt der Turbine 20 variabel einzustellen. Zum Regeln oder Steuern der ersten Stelleinrichtung 30 ist eine Regelungseinrichtung 32 der Verbrennungskraftmaschine 10 vorgesehen.
Nach dem Antreiben der Turbine 20 strömt das Abgas weiter zu einer in dem Abgastrakt 18 angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung 34, mittels welcher das Abgas gereinigt wird, bevor es an die Umgebung entlassen wird.
Wie der 1 zu entnehmen ist, ist das Turbinenrad 26 drehfest mit einer Welle 36 des Abgasturboladers 22 verbunden. Mit der Welle 36 ist auch ein Verdichterrad 38 eines in einem Ansaugtrakt 40 der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordneten Verdichters 42 des Abgasturboladers 22 verbunden. Der Verdichter 42 und insbesondere das Verdichterrad 38 dienen dazu, der Verbrennungskraftmaschine 10 zuzuführende Luft zu verdichten. Aufgrund der drehfesten Verbindungen kann das Verdichterrad 38 über das Turbinenrad 26 von dem Abgas angetrieben werden.
In dem Ansaugtrakt 40 ist stromab des Verdichters 42 ein Ladeluftkühler 44 angeordnet, mittels welchem die verdichtete und dadurch erwärmte Luft zu kühlen ist. Die mittels des Ladeluftkühlers 44 gekühlte Luft strömt weiter zu einem in dem Ansaugtrakt 40 angeordneten Ladeluftverteiler 46, von welchem die Luft auf die Zylinder 12 aufgeteilt wird.
Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ferner eine Abgasrückführeinrichtung 48 mit einer Abgasrückführleitung 50. Die Abgasrückführleitung 50 ist an einer Abzweigstelle 52 fluidisch mit den Abgasverrohrungen 16 verbunden. Auf Seiten des Ansaugtrakts 40 ist die Abgasrückführleitung 50 an einer Einleitstelle 54 fluidisch mit dem Ansaugtrakt 40 verbunden. Dadurch kann mittels der Abgasrückführungseinrichtung 48 an der Abzweigstelle 52 Abgas aus den Abgasverrohrungen 16 abgezeigt und an der Einleitstelle 54 in den Ansaugtrakt 40 eingeleitet werden. Das rückgeführte Abgas kann sich mit der Luft vermischen und strömt mit dieser in den Zylinder 12. Das rückgeführte Abgas wirkt in den Zylindern 12 als Inertgas, wodurch Stickoxidemissionen der Verbrennungskraftmaschine 10 besonders gering gehalten werden können.
Die Abgasrückführungseinrichtung 48 umfasst ein Abgasrückführventil 56, mittels welchem die Menge des rückzuführenden Abgases variabel einstellbar und an unterschiedliche Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine 10 anpassbar ist. Stromab des Abgasrückführventils 56 und stromauf der Einleitstelle 54 ist ein Abgasrückführkühler 58 der Abgasrückführungseinrichtung 48 vorgesehen, mittels welchem das rückzuführende Abgas zu kühlen ist.
Wie in der 1 besonders schematisch dargestellt ist, weist der Verdichter 42 einen ersten Zuführkanal 60 auf, über welchem dem Verdichterrad 38 zu verdichtende Luft zuführbar ist. Der Verdichter 42 weist ferner einen zweiten Zuführkanal 62 auf, über welchen dem Verdichterrad 38 ebenso zu verdichtende Luft zuführbar ist.
Zumindest in dem zweiten Zuführkanal 62 ist ein axiales Leitgitter 64, welches auch als Axialgitter bezeichnet wird, angeordnet. Das axiale Leitgitter 64 kann zumindest der den zweiten Zuführkanal 62 durchströmenden Luft eine zumindest im Wesentlichen drallförmige Strömung aufprägen, so dass Laufradschaufeln 67 (2) einer Beschaufelung 68 des Verdichterrads 38 besonders vorteilhaft von der Luft angeströmt werden. Mit anderen Worten können durch das axiale Leitgitter 64 besonders vorteilhafte Anströmbedingungen für das Verdichterrad 38 bereitgestellt werden.
Dem ersten Zuführkanal 60 ist eine zweite Stelleinrichtung 65 mit einem Drosselelement 66 zugeordnet, wobei das Drosselelement 66 zumindest teilweise in dem ersten Zuführkanal 60 angeordnet ist. Das Drosselelement 66 fungiert als Ventilelement und ist zwischen einer Vielzahl von unterschiedlichen Stellungen relativ zu den ersten Zuführkanal 60 begrenzenden Wandungen drehbar. Das Drosselelement 66 ist dabei in einem Verstellbereich bewegbar, welcher einerseits durch eine erste Endstellung und andererseits durch eine zweite Endstellung begrenzt ist. In der ersten Endstellung, welche beispielsweise in der 2 gezeigt ist, ist der erste Zuführkanal 60 maximal freigegeben. Dies bedeutet, dass ein von Luft zu durchströmender erster Strömungsquerschnitt des ersten Zuführkanals 60 auf seinen maximalen Wert eingestellt ist.
In der zweiten Endstellung ist der erste Strömungsquerschnitt auf seinen minimalen Wert, insbesondere auf Null, eingestellt. Dies bedeutet, dass der erste Zuführkanal 60 in der zweiten Endstellung fluidisch zumindest im Wesentlichen versperrt ist und gegebenenfalls bis auf Leckagen nicht von Luft durchströmt werden kann. Zwischen den Endstellungen sind eine Vielzahl von unterschiedlichen, unterschiedliche Werte des ersten Strömungsquerschnitts bewirkende Stellungen des Drosselelements einstellbar.
Durch diese Stellungen kann ein den Ansaugtrakt 40 und damit den Verdichter 42 durchströmender Luftmassenstrom auf den ersten Zuführkanal 60 und den zweiten Zuführkanal 62 variabel eingestellt werden. Mit anderen Worten verzweigt sich der Luftmassenstrom an einer Verzweigungsstelle 70 je nach Stellung des Drosselelements 66 in einen den ersten Zuführkanal 60 durchströmenden ersten Luftmassenteilstrom und in einen den zweiten Zuführkanal 62 durchströmenden zweiten Luftmassenteilstrom, wobei der erste Luftmassenteilstrom auch Null sein kann. Der erste Luftmassenteilstrom ist Null, wenn sich das Drosselelement 66 in seiner zweiten Endstellung befindet. Dann strömt der gesamte Luftmassenstrom durch den zweiten Zuführkanal 62 und wird mittels des axialen Leitgitters 64 entsprechend vorteilhaft abgelenkt.
Die Ablenkung der Luftströmung mittels des axialen Leitgitters 64 bezieht sich dabei auf die zumindest im Wesentlichen axiale Ausrichtung der Luft, unter welcher das Verdichterrad 38 angeströmt werden würde, die wenn das axiale Leitgitter 64 nicht vorgesehen sein würde. Mit anderen Worten ist die Luft stromauf des Leitgitters 64 zumindest im Wesentlichen axial gerichtet. Das bedeutet, die Luft strömt zumindest im Wesentlichen parallel zur axialen Richtung des Verdichterrads 38. In diesem axial gerichteten Zustand strömt die Luft das Leitgitter 64 an. Das Leitgitter 64 lenkt die Luftströmung gegenüber der zumindest im Wesentlichen axialen Ausrichtung (parallel zur Drehachse 28) ab. Diese Ablenkung liegt beispielsweise in einem Bereich von einschließlich 30° bis einschließlich 60°. So ist die Luftströmung stromab des Leitgitters 64 zumindest im Wesentlichen drallförmig ausgeprägt und strömt das Verdichterrad 38 in analer Richtung, d. h. von der axialen Richtung her zumindest im Wesentlichen drallförmig an. Mit anderen Worten mündet die Luftströmung in axialer Richtung drallförmig in einen Verdichterradeintrittsbereich und wird dem Verdichterrad 38 in axialer Richtung (und nicht in radialer Richtung) drallförmig zugeführt.
Das Drosselelement 66 kann dabei ein in axialer Richtung verschiebbarer Ventilkonus oder eine anderweitige variable Einrichtung sein, die den ersten Strömungsquerschnitt, welcher auch als Hauptansaugquerschnitt bezeichnet wird, variabel einstellen kann. Der zweite Zuführkanal 62 wird auch als Bypasskanal bezeichnet, da die Luft den ersten Zuführkanal 60 über den zweiten Zuführkanal 62 umgehen (bypassieren) kann.
Mit ε ist in der 1 eine Stellgröße zum Regeln oder Steuern der zweiten Stelleinrichtung 65 bezeichnet, wobei die zweite Stelleinrichtung 65 mittels der Regelungseinrichtung 32 gesteuert oder geregelt wird. Die Regelung oder Steuerung der zweiten Stelleinrichtung 65 erfolgt dabei in Abhängigkeit von Betriebspunkten der Verbrennungskraftmaschine 10 meist über elektronische Kennfelder oder über elektronisch abgelegte bzw. hinterlegte mathematische Zusammenhänge aus durchgeführten Messreihen.
Die 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Verdichters 42. In der 2 ist das Verdichtergehäuse des Verdichters 42 teilweise zu erkennen und mit 72 bezeichnet. Wie der 2 ferner zu entnehmen ist, ist der erste Zuführkanal 60 durch einen Innenring 74 in radialer Richtung begrenzt. Der Innenring 74 kann dabei einstückig mit dem Verdichtergehäuse 72 ausgebildet sein.
Der zweite Zuführkanal 62 ist in radialer Richtung einerseits durch den Innenring 74 und andererseits durch einen Außenring 76 begrenzt. Der Außenring 76 kann einstückig mit dem Verdichtergehäuse 72 ausgebildet sein. Der Innenring 74 stellt dabei eine Wandung dar, mittels welcher der erste Zuführkanal 60 und der zweite Zuführkanal 62 in radialer Richtung fluidisch voneinander getrennt sind. Ein Richtungspfeil 77 veranschaulicht die Strömung der Luft durch den ersten Zuführkanal 60, während ein weiterer Richtungspfeil 78 die Strömung der Luft durch den zweiten Zuführkanal 62 veranschaulicht. Stromauf des axialen Leitgitters 64 weist die den zweiten Zuführkanal 62 durchströmende Luft eine zumindest im Wesentlichen axiale Ausrichtung auf, während sie stromab des Leitgitters 64 zumindest im Wesentlichen drallförmig ist. Mit anderen Worten weist der den zweiten Zuführkanal 62 durchströmende Luftmassenteilstrom einen Vordrall auf, welcher vorteilhaft als Mitdrall ausgebildet und in Richtung der Umfangsgeschwindigkeit an der Beschaufelung 68 des Verdichterrads 38 gerichtet ist.
In der 2 ist auch ein von dem Verdichtergehäuse begrenzter Diffusor 80 erkennbar, über welchen die verdichtete Luft von dem Verdichterrad 38 abgeführt wird.
Gemäß 2 ist das Drosselelement 66 als Drosselklappe ausgebildet und mit einem Lagerbolzen 82 verbunden. Der Lagerbolzen 82 durchdringt den Innenring 74 und ist zumindest teilweise im Verdichtergehäuse 72 aufgenommen und relativ zum Verdichtergehäuse 72 und zum Innenring 74 um eine Drehachse 84 drehbar. Die Drosselklappe wird auch als Schmetterlingsklappe bezeichnet, da sie beidseits der Drehachse 84 Flügelelemente aufweist. Dadurch können die unterschiedlichen Werte des ersten Strömungsquerschnittes des ersten Zuführkanals 60 eingestellt werden. Wie durch eine gestrichelte Linie 87 angedeutet ist, kann die Strömung der Luft, die den zweiten Zuführkanal 62 durchströmt, mittels des axialen Leitgitters 64 derart abgelenkt werden, dass sie mit der axialen Richtung zusammen mit der Drehachse 28 einen Winkel von α₁' von zumindest im Wesentlichen 45° einschließt. Dadurch sind besonders vorteilhafte Anströmbedingungen für das Verdichterrad 38 dargestellt.
Wie anhand der 2 ersichtlich ist, ist das Drosselelement 66 direkt vor einem Verdichterradeintritt 86 angeordnet. Dies kommt den Strömungsbedingungen zugute. Das axiale Leitgitter 64 ist dabei auf einen zum Hauptströmungskanal vergrößerten Durchmesser angeordnet. Wird die Drosselklappe vollständig geschlossen (zweite Endstellung), so erfolgt im axialen Leitgitter 64 für den gesamten Luftmassenstrom eine Drallerzeugung, die durch die beschleunigend wirkende Kanalwandung auf die kleineren Durchmesser des Hauptströmungskanals hin an einer Stelle 89 eine Verstärkung der Drallgeschwindigkeiten auch anhand des Drallsatzes nach sich zieht. Die Durchmesserabsenkung an der Stelle 89 stromab des axialen Leitgitters 64 spielt dabei eine wichtige Rolle für die Realisierung eines effizienten Dralls.
Die 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform des axialen Leitgitters 64 in einer abgewickelten Darstellung. Der 3 zu entnehmen ist eine Profilierung von Schaufeln 88 des Leitgitters 64. Ferner ist in der 3 ein sogenannter Stafflungswinkel φ der Schaufeln 88, eine Sehnenlänge l der Schaufeln 88 sowie eine Teilung t der Schaufeln 88 gezeigt. Darüber hinaus ist eine Gitterbreite b des Leitgitters 64 dargestellt. Die Gitterbreite b bezieht sich auf die Erstreckung des Leitgitters 64 in axialer Richtung. Bei der Ausgestaltung des Leitgitters 64 wird vorteilhafterweise ein Wirkungsgrad optimales Teilungsverhältnis t/l bei entsprechenden Stafflungswinkeln φ bzw. der durch den Bauraum mitbestimmten Gitterbreiten b angestrebt. Das Teilungsverhältnis t/l liegt vorteilhafterweise in einem Bereich von einschließlich 0,8 bis einschließlich 0,9. Wie der 2 zu entnehmen ist, ist der zweite Zuführkanal 62 zumindest im Wesentlichen als Ringkanal ausgebildet und erstreckt sich um die Drehachse 28 in Umfangsrichtung des Verdichterrads 38 über den Umfang des ersten Zuführkanals 60.
Wie in Zusammenschau mit der 4 erkennbar ist, kann ein zweiter Strömungsquerschnitt des zweiten Zuführkanals 62 in Umfangsrichtung variabel ausgestaltet sein. Dies ist beispielsweise dadurch realisiert, dass ein radialer Abstand zwischen dem Innenring 74 und dem Außenring 76 in Umfangsrichtung um die Drehachse 28 variiert.
Durch die in Umfangsrichtung über den Umfang des ersten Zuführkanals 60 verteilt angeordneten Schaufeln 88 des Leitgitters 64 sind eine Vielzahl von Strömungsteilquerschnitten 90 in Umfangsrichtung fluidisch voneinander getrennt. Zur Beibehaltung dieser fluidischen Trennung auch bei dem im Umfangsrichtung variablen Abstand zwischen dem Innenring 74 und dem Außenring 76 weisen die Schaufeln 88 zumindest teilweise voneinander unterschiedliche Schaufelhöhen auf. Alternativ ist es möglich, dass der Abstand zwischen dem Innenring 74 und dem Außenring 76 in Umfangrichtung zumindest im Wesentlichen konstant ist, wobei eine Asymmetrie hinsichtlich der Teilung t der Schaufeln 88 vorgesehen sein kann. Auch bei solchen in Umfangsrichtung nicht konstanten Schaufelteilungen t ergeben sich unterschiedliche Strömungsteilquerschnitte 90. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Teil, d. h. wenigstens einer der Strömungsteilquerschnitte 90 zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig, fluidisch versperrt sein. Durch derartige Asymmetrien kann der zweite Zuführkanal 62 und damit der gesamte Verdichter 42 effizient auf unterschiedliche Anwendungsfälle angepasst werden. In der 4 ist auch eine Eintrittskante 92 einer der Schaufeln 88 dargestellt, über welche die Schaufeln 88 von der Luft angeströmt werden.
Die 5 zeigt ein erstes Geschwindigkeitsdreieck 94 (durchgezogene Linien) und ein zweites Geschwindigkeitsdreieck 96 (gestrichelte Linien). Die Geschwindigkeitsdreiecke 94, 96 beziehen sich dabei auf den Verdichterradeintritt 86, insbesondere auf eine Anströmkante wenigstens einer der Laufradschaufeln 67 des Verdichterrads 38. Das erste Geschwindigkeitsdreieck 94 betrifft die axiale Zuströmung bzw. Anströmung der Beschaufelung 68 bei zumindest im Wesentlichen axial gerichteter Luftströmung mit einem ersten Strömungswinkel α₁ von zumindest im Wesentlichen 90° zur Umfangsrichtung. Mit anderen Worten stellt das erste Geschwindigkeitsdreieck 94 die Anströmung des Verdichterrads 38 bzw. dessen Beschaufelung 68 dar, wenn es ausschließlich axial angeströmt werden würde, d. h. wenn beispielsweise das Leitgitter 64 nicht vorgesehen sein würde und die Luftströmung axial ausgerichtet und nicht drallförmig ausgebildet wäre.
Dementsprechend bezieht sich das zweite Geschwindigkeitsdreieck 96 auf die Strömungsbedingungen, die gegeben sind, wenn die den zweiten Zuführkanal 62 durchströmende Luft mittels des Leitgitters 64 abgelenkt wird.
Wie dem zweiten Geschwindigkeitsdreieck 96 zu entnehmen ist, weist die Strömung einen Mitdrall mit einem zweiten Strömungswinkel α₁' von zumindest im Wesentlichen 45° auf. Bei beiden Geschwindigkeitsdreiecken 94, 96 ist die Absolutgeschwindigkeit c_1,ax sowie die erste Umfangsgeschwindigkeit u₁ bzw. die zweite Umfangsgeschwindigkeit u'₁ im Betrag zumindest im Wesentlichen konstant. Zu erkennen sind auch die zweite Absolutgeschwindigkeit c₁ und die dritte Absolutgeschwindigkeit c₁'. Die Wirkung des Mitdralls im Absolutsystem auf die Relativgeschwindigkeiten w₁ und w₁' des Verdichterradeintritts 86 sind besonders in deren dritten Strömungswinkel β₁ und deren vierten Strömungswinkel β₁' im Relativsystem und den zugehörigen Beträgen deutlich sichtbar. Wie zu erkennen ist, kann durch die Verwendung des axialen Leitgitters 64 die erste Relativgeschwindigkeit w₁ im Verdichterradeintritt 86 auf die zweite Relativgeschwindigkeit w₁' abgesenkt werden. Mit anderen Worten drückt die Relativgeschwindigkeit w₁' im Vergleich zur Relativgeschwindigkeit w₁ die Wirkung des Vordralls mittels des Leitgitters 64 aus. Diese Wirkung ist auch einem Winkel V zu entnehmen.
Ferner ist der 5 eine aerodynamische Entlastung des Verdichterrads 38 durch die Vordrallkomponente c_1u' als eine Hauptgröße der Euler'schen Maschinengleichung veranschaulicht, die sich im Allgemeinen in einer merklichen Pumpgrenzenverschiebung zu besonders geringen Luftdurchsätzen des Verdichters 42 bemerkbar macht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007058603 A1 [0005]
DE 102005019939 A1 [0006]

Claims

Verdichter (42) für einen Abgasturbolader (22) einer Verbrennungskraftmaschine (10), insbesondere eines Kraftwagens, mit einem zumindest bereichsweise in einem Aufnahmeraum eines Verdichtergehäuses (72) um eine Drehachse (28) drehbar aufgenommenen Verdichterrad (38), welchem über wenigstens einen ersten Zuführkanal (60) zu verdichtende Luft in axialer Richtung des Verdichterrads (38) zuführbar ist, mit einer Stelleinrichtung (65), mittels welcher Anströmbedingungen für das Verdichterrad (38) einstellbar sind, mit wenigstens einem zumindest bereichsweise fluidisch von dem ersten Zuführkanal (60) getrennten, zweiten Zuführkanal (62), über welchen dem Verdichterrad (38) zu verdichtende Luft in axialer Richtung des Verdichterrads (38) zuführbar ist und in welchem zumindest ein Leitelement (88) zum Leiten der Luft zu dem Verdichterrad (38) angeordnet ist, wobei die Stelleinrichtung (65) zumindest ein Stellelement (66) umfasst, mittels welchem ein von der Luft zu durchströmender Strömungsquerschnitt des ersten Zuführkanals (60) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (88) in axialer Richtung des Verdichterrads (38) von der Luft anströmbar ist, wobei die zumindest im Wesentlichen axial gerichtete Strömung der Luft mittels des Leitelements (88) in eine zumindest im Wesentlichen drallförmige Strömung umwandelbar ist.
Verdichter (42) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführkanäle (60, 62) und/oder das Stellelement (66) und/oder das Leitelement (88) zumindest bereichsweise in das Verdichtergehäuse (72) integriert sind.
Verdichter (42) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Leitelements (88) der drallförmigen Strömung ein Mitdrall aufprägbar ist, welcher zumindest im Wesentlichen in die Richtung der Umfangsgeschwindigkeit (u₁') der Strömung der Luft an wenigstens einem Laufradleitelement (67) des Verdichterrads (38) gerichtet ist.
Verdichter (42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zuführkanal (62) in Umfangsrichtung des Verdichterrads (38) hinsichtlich wenigstens eines weiteren Strömungsquerschnitts des zweiten Zuführkanals (62) variabel ausgebildet ist.
Verdichter (42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zuführkanal (62) bezüglich der Drehachse (28) asymmetrisch ausgebildet ist.
Verdichter (42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zuführkanal (60) mittels des Stellelements (66) fluidisch zumindest im Wesentlichen verschließbar ist.
Verdichter (42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Zuführkanal (62) wenigstens ein weiteres Leitelement (88) zum Leiten der Luft zu dem Verdichterrad (38) angeordnet ist.
Verdichter (42) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei von den Leitelementen (88) in Umfangsrichtung begrenzte Strömungsteilquerschnitte voneinander unterschiedlich ausgebildet sind.
Verdichter (42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den zweiten Zuführkanal (62) durchströmende Luft mittels des Leitelements (88) oder mittels wenigstens eines der Leitelemente (88) bezogen auf die axiale Richtung in einem Winkelbereich von einschließlich 30 Grad bis einschließlich 60 Grad ablenkbar ist.
Verdichter (42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (88) oder wenigstens eines der Leitelemente (88) relativ zu den zweiten Zuführkanal begrenzenden Wandungen (74, 76) bewegbar in dem zweiten Zuführkanal (62) aufgenommen ist.