DE102015007761A1

DE102015007761A1 - Compressor, in particular for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102015007761A1
Application number: DE102015007761.9A
Authority: DE
Inventors: Nils Brinkert; Thomas Kuhn
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2016-01-21

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verdichter (10), insbesondere für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einem um eine Drehachse (18) drehbaren und in einem von Luft durchströmbaren Strömungskanal (22) des Verdichters (10) angeordneten Verdichterrad (16) zum Verdichten der Luft, und mit wenigstens einem stromauf des Verdichterrads (16) in dem Strömungskanal (22) angeordneten Stellelement (34) zum Beeinflussen der Luftströmung, wobei das Stellelement (34) um eine Drehachse (36) in wenigstens eine Stellung drehbar ist, in welcher das Stellelement (34) einen ersten Teilbereich des Strömungskanals (22) fluidisch versperrt und einen sich an den ersten Teilbereich anschließenden, zweiten Teilbereich freigibt, wobei eine Antriebseinrichtung (38) vorgesehen ist, welche dazu ausgebildet ist, das Stellelement (34) während des Betriebs des Verdichters (10) zumindest vorrübergehend mit einer konstanten Geschwindigkeit mehrmals vollständig um die Drehachse (36) zu drehen und dadurch Schwankungen eines in dem Strömungskanal (22) stromauf des Verdichterrads (16) herrschenden Drucks zu bewirken.The invention relates to a compressor (10), in particular for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, having at least one compressor wheel (16) rotatable about an axis of rotation (18) and arranged in a flow channel (22) of the compressor (10) through which air can pass , and with at least one control element (34) arranged in the flow channel (22) upstream of the compressor wheel (16) for influencing the air flow, wherein the actuator (34) about an axis of rotation (36) in at least one position is rotatable, in which the actuating element (34) fluidly obstructs a first subregion of the flow channel (22) and releases a second subregion adjoining the first subregion, wherein a drive device (38) is provided, which is designed to actuate the actuating element (34) during operation of the compressor (10) at least temporarily at a constant speed several times completely around the axis of rotation (36) to rotate and thereby cause variations in a prevailing in the flow channel (22) upstream of the compressor wheel (16) pressure.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter, insbesondere für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine. gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein solcher Verdichter, insbesondere für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise bereits der US 5 611 664 A sowie der DE 10 2009 046 522 A1 als bekannt zu entnehmen. Ein solcher Verdichter ist üblicherweise Bestandteil eines Abgasturboladers und wird zum Verdichten von Luft verwendet, die einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere wenigstens einem Brennraum, wie beispielsweise einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine, zugeführt wird. Der Verdichter umfasst dabei ein um eine Drehachse drehbares und in einem von Luft durchströmbaren Strömungskanal des Verdichters angeordnetes Verdichterrad zum Verdichten der Luft. Ferner umfasst der Verdichter wenigstens ein stromauf des Verdichterrads in dem Strömungskanal angeordnetes Stellelement zum Beeinflussen der Luftströmung.The invention relates to a compressor, in particular for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine. According to the preamble of claim 1. Such a compressor, in particular for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, for example, is already the US 5 611 664 A as well as the DE 10 2009 046 522 A1 to be known as known. Such a compressor is usually part of an exhaust gas turbocharger and is used for compressing air, which is an internal combustion engine, in particular at least one combustion chamber, such as a cylinder of the internal combustion engine, supplied. In this case, the compressor comprises a compressor wheel which can be rotated about an axis of rotation and is arranged in a flow channel of the compressor through which air can flow for compressing the air. Furthermore, the compressor comprises at least one adjusting element arranged upstream of the compressor wheel in the flow channel for influencing the air flow.

Ein solcher Verdichter wird üblicherweise auch als Strömungsverdichter bezeichnet und weist üblicherweise eine sogenannte Pumpgrenze auf. Die Pumpgrenze beschreibt den kleinsten Massenstrom, den der Verdichter gerade noch imstande ist, gegen einen anliegenden höheren Druck zu fördern. Fällt der Massenstrom unter diese Grenze, ist kein stabiler Betrieb des Verdichters möglich und es kommt zum unerwünschten Verdichterpumpen. Dieses Verdichterpumpen ist ein periodisch zwischen Vorwärts- und Rückwärtsströmung schwankender Zustand, bei dem Verdichterschaufeln des Verdichters durch angeregte Schwingungen Schaden nehmen können, der verbrennungsmotorische Prozess stark einbricht und außerdem Geräuschprobleme entstehen, welche auch als NVH-Probleme bezeichnet werden (NVH – Noise Vibration Harshness).Such a compressor is usually also referred to as a flow compressor and usually has a so-called surge limit. The surge line describes the smallest mass flow that the compressor is just able to deliver against an applied higher pressure. If the mass flow falls below this limit, no stable operation of the compressor is possible and it comes to undesirable compressor pumps. This compressor pumping is a periodically fluctuating condition between forward and reverse flow, where the compressor compressor blades may be damaged by excited vibrations, severely break the internal combustion engine process, and also cause noise problems, also referred to as NVH (Noise Vibration Harshness) problems. ,

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Verdichter der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine verbesserte Lage der Pumpgrenze realisierbar ist.Object of the present invention is therefore to develop a compressor of the type mentioned in such a way that an improved position of the surge limit can be realized.

Diese Aufgabe wird durch einen Verdichter mit den Merkmaien des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a compressor with the Merkmaien of claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um einen Verdichter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine verbesserte Lage der Pumpgrenze realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Stellelement um eine Drehachse in wenigstens eine Stellung drehbar ist, in welcher das Stellelement einen ersten Teilbereich des Strömungskanals fluidisch versperrt und einen sich an den ersten Teilbereich anschließenden, zweiten Teilbereich des Strömungskanals freigibt. In der wenigstens einen Stellung kann somit die Luft den ersten Teilbereich nicht durchströmen, da der erste Teilbereich mittels des Stellelements fluidisch versperrt ist. Die Luft kann jedoch in der wenigstens einen Stellung des Stellelements den sich an den ersten Teilbereich anschließenden, zweiten Teilbereich des Strömungskanals durchströmen, da das Stellelement diesen zweiten Teilbereich freigibt. Dies bedeutet, dass das Stellelement in der wenigstens einen Stellung den Strömungskanal lediglich teilweise beziehungsweise zum Teil versperrt.In order to develop a compressor specified in the preamble of claim 1 species such that an improved position of the surge limit can be realized, it is inventively provided that the actuating element is rotatable about an axis of rotation in at least one position in which the actuator a first portion of the flow channel fluidly obstructed and releases a subsequent to the first portion, the second portion of the flow channel. In the at least one position, therefore, the air can not flow through the first subarea, since the first subarea is blocked fluidically by means of the actuating element. However, in the at least one position of the actuating element, the air can flow through the second partial region of the flow channel adjoining the first partial region, since the actuating element releases this second partial region. This means that the actuator in the at least one position blocks the flow channel only partially or partially.

Ferner ist erfindungsgemäß eine Antriebseinrichtung vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, das Stellelement während des Betriebs des Verdichters zumindest vorübergehend mit einer konstanten Geschwindigkeit mehrmals vollständig um die Drehachse zu drehen und dadurch Schwankungen eines in dem Strömungskanal stromauf des Verdichterrads herrschenden Drucks zu bewirken. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, das Stellelement nicht etwa in eine erste Drehrichtung und daran anschließend eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte, zweite Drehrichtung um die Drehachse hin und her zu drehen, sondern es ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Stellelement zumindest im Wesentlichen kontinuierlich in genau eine Drehrichtung um die Drehachse mehrmals vollständig zu drehen, so dass das Stellelement eine Vielzahl an vollständigen, aufeinanderfolgenden Umdrehungen um seine Drehachse ausführt. Dadurch wird der erste Teilbereich des Strömungskanals abwechselnd, das heißt aufeinanderfolgend, mittels des Stellelements fluidisch versperrt und freigegeben, wodurch eine Fluktuation beziehungsweise Schwankungen, insbesondere eine Pulsation des in dem Strömungskanal stromauf des Verdichterrads herrschenden Drucks darstellbar ist beziehungsweise sind. Mit anderen Worten kann durch das Drehen des Stellelements ein pulsierender Druck in dem Strömungskanal stromauf des Verdichterrads bewirkt werden, wodurch dem Verdichterpumpen entgegengewirkt beziehungsweise das Verdichterpumpen vermieden werden kann. In der Folge ist eine verbesserte Pumpgrenze beziehungsweise eine verbesserte Lage der Pumpgrenze realisierbar. Dadurch kann ein besonders hohes Drehmoment, insbesondere spezifisches Drehmoment, der Verbrennungskraftmaschine auch bei niedrigen Motordrehzahlen realisiert werden. Darüber hinaus kann eine verbesserte Austauschbeziehung, das heißt ein verbesserter Trade-Off beim sogenannten Matching des Abgasturboladers mit der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden, wodurch beispielsweise wahlweise eine höhere Leistung, ein geringerer Kraftstoffverbrauch sowie ein besseres Ansprechverhalten der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist.Furthermore, according to the invention, a drive device is provided, which is designed to rotate the adjusting element at least temporarily at a constant speed several times completely around the axis of rotation during operation of the compressor, thereby causing fluctuations in a pressure prevailing in the flow channel upstream of the compressor wheel. In other words, it is provided according to the invention not to turn the actuator about in a first rotational direction and then one of the first rotational direction opposite, second rotational direction about the axis of rotation back and forth, but it is provided according to the invention, the actuator at least substantially continuously in exactly a direction of rotation about the axis of rotation to rotate several times completely, so that the actuator performs a plurality of complete, successive revolutions about its axis of rotation. Thereby, the first portion of the flow channel is alternately, ie successively, fluidly blocked and released by the actuating element, whereby a fluctuation or fluctuations, in particular a pulsation of the pressure prevailing in the flow channel upstream of the compressor pressure is or can be represented. In other words, by rotating the adjusting element, a pulsating pressure in the flow channel upstream of the compressor wheel can be effected, whereby the compressor pumps can be counteracted or the compressor pumps can be avoided. As a result, an improved surge limit or an improved position of the surge limit can be realized. As a result, a particularly high torque, in particular specific torque, of the internal combustion engine can be realized even at low engine speeds. In addition, an improved exchange relationship, that is an improved trade-off in the so-called matching of the exhaust gas turbocharger with the internal combustion engine can be realized, whereby, for example optionally a higher performance, lower fuel consumption and a better response of the internal combustion engine can be realized.

Der erfindungsgemäße Verdichter kann dabei als Axialverdichter oder aber als Radialverdichter ausgebildet sein und/oder genau eine Verdichterstufe oder eine Mehrzahl von Verdichterstufen umfassen, wobei das Verdichterrad beispielsweise ein Verdichterrad einer der Verdichterstufen ist. Insgesamt ist es mittels der zumindest im Wesentlichen kontinuierlichen, rotatorischen Bewegung des Stellelements möglich, die Gefahr von Verdichterpumpen gering zu halten, da das Stellelement als rotierender Steller genutzt wird, um Druckschwankungen beziehungsweise Druckpulsationen in dem Strömungskanal stromauf des Verdichterrads zu bewirken. The compressor according to the invention may be designed as an axial compressor or as a radial compressor and / or comprise exactly one compressor stage or a plurality of compressor stages, the compressor wheel being, for example, a compressor wheel of one of the compressor stages. Overall, it is possible by means of the at least substantially continuous, rotational movement of the actuating element to keep the risk of compressor pumps low, since the actuating element is used as a rotary actuator to cause pressure fluctuations or pressure pulsations in the flow channel upstream of the compressor wheel.

Untersuchungen haben gezeigt, dass es beispielsweise in einem Motorbetrieb der Verbrennungskraftmaschine, welche wenigstens einen Abgasturbolader und einen Verdichter umfasst, ein anderes Verdichterpumpverhalten auftritt, als bei einem stationären Betrieb der Verbrennungskraftmaschine an einem Brennkammerprüfstand, an dem ein Pulsieren eines Drucks der Luftströmung infolge von Ansaugvorgängen von Brennräumen, insbesondere Zylindern, der Verbrennungskraftmaschine fehlt. Unter dem zuvor genannten Motorbetrieb ist ein Betrieb der Verbrennungskraftmaschine in ihrem vollständig hergestellten Zustand, insbesondere während des Antreibens eines Kraftwagens, zu verstehen. In einem solchen Realbetrieb tritt somit ein anderes Verdichterpumpverhalten auf als während eines stationären Betriebs an einem Prüfstand zum Untersuchen der Verbrennungskraftmaschine.Studies have shown that, for example, in an engine operation of the internal combustion engine comprising at least one exhaust gas turbocharger and a compressor, another compressor pumping behavior occurs, as in a stationary operation of the internal combustion engine on a combustor test bench, at which a pulsation of a pressure of the air flow due to suction of Combustion chambers, in particular cylinders, the internal combustion engine is missing. Under the aforementioned engine operation is an operation of the internal combustion engine in its fully manufactured state, especially during the driving of a motor vehicle to understand. In such a real operation thus occurs a different compressor pumping behavior than during steady-state operation of a test stand for examining the internal combustion engine.

Theoretische Betrachtungen legen dabei nahe, dass die Pulsationen sowohl einen positiven als auch einen negativen Einfluss auf das Einsetzen von Verdichterpumpen haben können. Die Erfindung sieht somit vor, mittels des Stellelements die Luftströmung, insbesondere ihre Zuströmung zum Verdichterrad, positiv zu beeinflussen. Durch das Bewirken der Pulsationen des Drucks wird die Luftströmung gezielt und aktiv beeinflusst, wodurch dem Verdichterpumpen aktiv entgegengewirkt werden kann. Dadurch ist es beispielsweise möglich, das Verdichterpumpen aktiv zu vermeiden. Durch geeignete Ausprägung des Stellelements kann eine definierte Schwankung beziehungsweise Fluktuation des Drucks insbesondere mit einer Frequenz bewirkt werden. Die Frequenz entspricht beispielsweise einer Frequenz von Pulsationen an einem Austritt des Verdichterrads beziehungsweise einem Vielfachen, insbesondere ganzzahligen Vielfachen, davon. Ferner ist es denkbar, dass im Allgemeinen eine geeignete Frequenz der Schwankungen des Drucks gewählt wird, um dem Verdichterpumpen entgegenzuwirken.Theoretical considerations suggest that the pulsations can have a positive as well as a negative influence on the use of compressor pumps. The invention thus provides for positively influencing the air flow, in particular its inflow to the compressor wheel, by means of the actuating element. By effecting the pulsations of the pressure, the air flow is selectively and actively influenced, whereby the compressor pumps can be actively counteracted. This makes it possible, for example, to actively avoid the compressor pumps. By suitable expression of the control element, a defined fluctuation or fluctuation of the pressure can be effected in particular with a frequency. The frequency corresponds for example to a frequency of pulsations at an outlet of the compressor wheel or a multiple, in particular integer multiples thereof. Furthermore, it is conceivable that in general a suitable frequency of the fluctuations of the pressure is chosen to counteract the compressor pumps.

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.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:

1 eine schematische Längsschnittansicht eines Verdichters gemäß einer ersten Ausführungsform, insbesondere für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Verdichterrad und mit einem stromauf des Verdichterrads angeordneten und um eine Drehachse drehbaren Stellelement, wobei eine Antriebseinrichtung vorgesehen ist, welche dazu ausgebildet ist, das Stellelement während eines Betriebs des Verdichters zumindest vorübergehend mit einer konstanten Geschwindigkeit mehrmals vollständig um die Drehachse zu drehen; 1 a schematic longitudinal sectional view of a compressor according to a first embodiment, in particular for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, with a compressor and arranged with an upstream of the compressor and rotatable about an axis adjusting element, wherein a drive device is provided which is adapted to the actuator during operation the compressor at least temporarily at a constant speed several times completely to rotate about the axis of rotation;

2 eine schematische Längsschnittansicht des Verdichters gemäß einer zweiten Ausführungsform; 2 a schematic longitudinal sectional view of the compressor according to a second embodiment;

3 eine schematische Schnittansicht des Verdichters gemäß der zweiten Ausführungsform entlang einer in 2 gezeigten Schnittlinie A-A; 3 a schematic sectional view of the compressor according to the second embodiment along a in 2 shown section line AA;

4 eine schematische Längsschnittansicht des Verdichters gemäß einer dritten Ausführungsform; und 4 a schematic longitudinal sectional view of the compressor according to a third embodiment; and

5 eine schematische Schnittansicht des Verdichters gemäß der dritten Ausführungsform entlang einer in 4 gezeigten Schnittlinie A-A. 5 a schematic sectional view of the compressor according to the third embodiment along a in 4 shown section line AA.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht einen Verdichter 10 gemäß einer ersten Ausführungsform für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine, welche beispielsweise Bestandteil eines Kraftwagens, insbesondere Personenkraftwagens, ist und zum Antreiben des Kraftwagens genutzt wird. Der Verdichter 10 ist vorliegend als Radialverdichter ausgebildet. Die folgenden Ausführungen können jedoch auch ohne weiteres auf einen Axialverdichter mit genau einer oder mehreren Verdichterstufen übertragen werden. 1 shows a schematic longitudinal sectional view of a compressor 10 According to a first embodiment of an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, which is for example part of a motor vehicle, in particular passenger car, and is used to drive the motor vehicle. The compressor 10 is presently designed as a radial compressor. However, the following embodiments can also be easily transferred to an axial compressor with exactly one or more compressor stages.

Der Verdichter 10 umfasst ein Verdichtergehäuse 12, welches einen Aufnahmeraum 14 aufweist. Ferner umfasst der Verdichter 10 ein in dem Aufnahmeraum 14 angeordnetes und vorliegend als Radialverdichterrad ausgebildetes Verdichterrad 16, welches um eine Drehachse 18 relativ zu dem Verdichtergehäuse 12 drehbar ist. Ferner ist ein Rohrelement 20 vorgesehen, welches beispielsweise mit dem Verdichtergehäuse 12 verbunden beziehungsweise an dem Verdichtergehäuse 12 befestigt ist, so dass das Verdichterrad 16 auch relativ zu dem Rohrelement 20 drehbar ist.The compressor 10 includes a compressor housing 12 which is a recording room 14 having. Furthermore, the compressor includes 10 one in the recording room 14 arranged and present as Radial compressor wheel trained compressor wheel 16 which is about a rotation axis 18 relative to the compressor housing 12 is rotatable. Furthermore, a pipe element 20 provided, for example, with the compressor housing 12 connected or to the compressor housing 12 is attached so that the compressor wheel 16 also relative to the tubular element 20 is rotatable.

Der Verdichter 10 weist einen Strömungskanal 22 auf, welcher teilweise durch das Rohrelement 20 und teilweise durch das Verdichtergehäuse 12 begrenzt ist. Das Verdichterrad 16 ist dabei in dem von Luft durchströmbaren Strömungskanal 22 angeordnet, so dass die den Strömungskanal 22 durchströmende Luft mittels des Verdichterrads 16 verdichtet werden kann. Die mittels des Verdichterrads 16 verdichtete Luft kann im verdichteten Zustand der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere wenigstens einem Brennraum, wie beispielsweise einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine, zugeführt werden. Dem Brennraum wird auch Kraftstoff, flüssiger Kraftstoff, zugeführt, so dass im Brennraum ein Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht. Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch wird verbrannt, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine resultiert. Die Verbrennungskraftmaschine weist dabei einen von dem Abgas durchströmbaren Abgastrakt auf, in welchem eine Turbine des Abgasturboladers angeordnet ist. Der Abgasturbolader umfasst somit die in dem Abgastrakt angeordnete Turbine sowie den Verdichter 10, welcher beispielsweise in einem von der Luft durchströmbaren Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Die Turbine weist ein Turbinengehäuse und ein drehbar in dem Turbinengehäuse aufgenommenes Turbinenrad auf, welches um die Drehachse 18 relativ zu dem Turbinengehäuse drehbar ist. Das Verdichterrad 16 und das Turbinenrad sind Laufräder eines Rotors des Abgasturboladers, wobei der Rotor auch eine um die Drehachse 18 drehbare Welle 24 umfasst. Das Verdichterrad 16 und das Turbinenrad sind drehfest mit der Welle 24 verbunden, so dass das Verdichterrad 16 von dem von dem Abgas antreibbaren Turbinenrad antreibbar ist. Durch dieses Antreiben wird mittels des Verdichterrads 16 die Luft verdichtet, so dass im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden kann.The compressor 10 has a flow channel 22 on which partially through the tubular element 20 and partly through the compressor housing 12 is limited. The compressor wheel 16 is in the flow channel through which air can flow 22 arranged so that the the flow channel 22 air flowing through the compressor wheel 16 can be compressed. The means of the compressor wheel 16 compressed air can be supplied in the compressed state of the internal combustion engine, in particular at least one combustion chamber, such as a cylinder of the internal combustion engine. The combustion chamber is also supplied with fuel, liquid fuel, so that a fuel-air mixture is produced in the combustion chamber. This fuel-air mixture is burned, resulting in exhaust gas of the internal combustion engine. In this case, the internal combustion engine has an exhaust tract through which exhaust gas can flow, in which a turbine of the exhaust gas turbocharger is arranged. The exhaust gas turbocharger thus comprises the turbine disposed in the exhaust tract and the compressor 10 , which is arranged for example in an air-flow through the intake tract of the internal combustion engine. The turbine has a turbine housing and a turbine wheel rotatably received in the turbine housing, which is about the axis of rotation 18 is rotatable relative to the turbine housing. The compressor wheel 16 and the turbine wheel are impellers of a rotor of the exhaust gas turbocharger, wherein the rotor is also one about the rotation axis 18 rotatable shaft 24 includes. The compressor wheel 16 and the turbine wheel are rotatable with the shaft 24 connected so that the compressor wheel 16 is driven by the turbine wheel driven by the exhaust gas. By this driving is by means of the compressor wheel 16 compresses the air so that energy contained in the exhaust gas can be used to compress the air.

Aus 1 ist erkennbar, dass das Verdichterrad 16 eine Beschaufelung 26 mit einer Mehrzahl von Verdichterschaufeln umfasst, von denen in 1 zwei Verdichterschaufeln 28 erkennbar sind. Die jeweilige Verdichterschaufel 28 weist eine Eintrittskante 30 auf, über welche die jeweilige Verdichterschaufel 28 während eines Betriebs des Verdichters 10 von der zu verdichtenden Luft angeströmt wird. Ferner weist die jeweilige Verdichterschaufel 28 eine Austrittskante 32 auf, welche in Strömungsrichtung der Luft stromab der jeweiligen Eintrittskante 30 angeordnet ist. Über die Austrittskante 32 strömt die verdichtete Luft das Verdichterrad 16 während des Betriebs des Verdichters 10 ab. Der Verdichter 10 umfasst ferner wenigstens ein stromauf des Verdichterrads 16 in dem Strömungskanal 22 angeordnetes Stellelement 34 zum Beeinflussen der Luftströmung durch den Strömungskanal 22.Out 1 it can be seen that the compressor wheel 16 a blading 26 comprising a plurality of compressor blades, of which in 1 two compressor blades 28 are recognizable. The respective compressor blade 28 has an entry edge 30 on, over which the respective compressor blade 28 during operation of the compressor 10 is streamed by the air to be compressed. Furthermore, the respective compressor blade 28 a trailing edge 32 on, which in the flow direction of the air downstream of the respective leading edge 30 is arranged. About the trailing edge 32 the compressed air flows the compressor wheel 16 during operation of the compressor 10 from. The compressor 10 further comprises at least one upstream of the compressor wheel 16 in the flow channel 22 arranged actuator 34 for influencing the flow of air through the flow channel 22 ,

Um nun eine besonders vorteilhafte Lage der Pumpgrenze des Verdichters 10 zu realisieren beziehungsweise dem Verdichterpumpen des Verdichters aktiv entgegenwirken zu können, ist das Stellelement 34 um eine Drehachse 36 relativ zu dem Verdichtergehäuse 12 und dem Rohrelement 20 drehbar. Dabei ist das Stellelement 34 in wenigstens eine Stellung drehbar, in welcher das Stellelement 34 einen ersten Teilbereich des Strömungskanals 22 fluidisch versperrt und einen sich an den ersten Teilbereich anschließenden, zweiten Teilbereich des Strömungskanals 22 freigibt. Das Stellelement 34 ist dabei um seine Drehachse 36 in mehrere Stellungen, welche auch als Drehstellungen bezeichnet werden, drehbar. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Stellelement 34 in allen Drehstellungen einen jeweiligen ersten Teilbereich des Strömungskanals 22 versperrt und einen jeweiligen, sich an den jeweiligen ersten Teilbereich anschließenden, zweiten Teilbereich des Strömungskanals 22 freigibt, so dass der Strömungskanal 22 in den Stellungen des Stellelements 34 durch dieses lediglich teilweise fluidisch versperrt ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Stellelement 34 in einer ersten seiner Drehstellungen einen ersten Teilbereich des Strömungskanals 22 fluidisch versperrt und einen sich an den ersten Teilbereich anschließenden, zweiten Teilbereich freigibt. In einer von der ersten Drehstellung unterschiedlichen, zweiten der Drehstellungen gibt das Stellelement 34 beispielsweise den zuvor genannten ersten Teilbereich frei und versperrt den sich an den ersten Teilbereich anschließenden, zweiten Teilbereich fluidisch. Somit können die jeweiligen ersten und zweiten Teilbereiche durch mehrmaliges, aufeinanderfolgendes und vollständiges Drehen des Stellelements 34 um die Drehachse 36 abwechselnd, das heißt aufeinanderfolgend fluidisch versperrt und freigegeben werden.In order now to a particularly advantageous position of the surge limit of the compressor 10 to realize or actively counteract the compressor pumps of the compressor, is the actuator 34 around a rotation axis 36 relative to the compressor housing 12 and the pipe element 20 rotatable. Here is the actuator 34 rotatable in at least one position, in which the adjusting element 34 a first portion of the flow channel 22 fluidly obstructed and a subsequent to the first portion, the second portion of the flow channel 22 releases. The actuator 34 is about its axis of rotation 36 in several positions, which are also referred to as rotational positions, rotatable. It is preferably provided that the actuating element 34 in all rotational positions a respective first portion of the flow channel 22 locked and a respective, adjoining the respective first portion, the second subregion of the flow channel 22 releases, leaving the flow channel 22 in the positions of the control element 34 is only partially blocked by this fluidly. It can be provided that the actuating element 34 in a first of its rotational positions, a first subregion of the flow channel 22 fluidly blocked and releases a subsequent to the first portion, the second portion. In one of the first rotational position different, second of the rotational positions are the actuator 34 For example, the above-mentioned first sub-area free and blocks the adjoining the first sub-area, second sub-area fluidly. Thus, the respective first and second portions may be formed by rotating the adjusting element several times, successively and completely 34 around the axis of rotation 36 alternately, that is, successively fluidly blocked and released.

Dabei ist eine in 1 besonders schematisch dargestellte und mit dem Stellelement 34 gekoppelte oder koppelbare Antriebseinrichtung 38 vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, das Stellelement 34 – wie in 1 durch einen Richtungspfeil 40 veranschaulicht ist – während des Betriebs des Verdichters zumindest vorübergehend mit einer zumindest im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit mehrmals vollständig um die Drehachse 36 zu drehen, wodurch Schwankungen eines in dem Strömungskanal 22 stromauf des Verdichterrads 16 herrschenden Drucks bewirkt werden. Im Rahmen eines Verfahren zum Betreiben des Verdichters 10 ist es somit vorgesehen, das Stellelement 34 mittels Antriebseinrichtung 38 mehrmals vollständig und mit einer zumindest im Wesentlichen kontinuierlichen Geschwindigkeit um die Drehachse 36 zu drehen, um dadurch an wenigstens einer im Strömungskanal 22 stromauf des Verdichterrads 16 angeordneten Stelle Schwankungen, insbesondere Pulsationen, des Drucks zu bewirken.It is an in 1 particularly schematically illustrated and with the control element 34 coupled or couplable drive device 38 provided, which is adapted to the actuator 34 - as in 1 by a directional arrow 40 is illustrated - during operation of the compressor at least temporarily with an at least substantially constant speed several times completely around the axis of rotation 36 to rotate, causing fluctuations in the flow channel 22 upstream of the compressor wheel 16 be caused by prevailing pressure. As part of a method for operating the compressor 10 is it thus provided, the actuator 34 by means of drive means 38 several times completely and with an at least substantially continuous speed about the axis of rotation 36 to rotate, thereby at least one in the flow channel 22 upstream of the compressor wheel 16 arranged to cause fluctuations, in particular pulsations, of the pressure.

Zum Drehen des Stellelements 34 umfasst die Antriebseinrichtung 38 vorzugsweise einen Motor, welcher als Elektromotor ausgebildet sein kann. Alternativ ist es denkbar, dass der Motor die zuvor genannte Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Kraftwagens ist, so dass das Stellelement 34 mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Ferner kann die Antriebseinrichtung 38 ein Getriebe umfassen, über welches das Stellelement 34 von dem Motor antreibbar ist. Bei Bedarf geschieht somit der Antrieb des Stellelements 34 und somit das Bewirken seiner Rotationsbewegung über ein festes oder variables Getriebe durch den Motor, insbesondere die Verbrennungskraftmaschine, wodurch eine Frequenz der Pulsation des Drucks eingestellt, das heißt gesteuert oder geregelt werden kann.For turning the control element 34 includes the drive device 38 preferably a motor, which may be designed as an electric motor. Alternatively, it is conceivable that the engine is the aforementioned internal combustion engine for driving the motor vehicle, so that the actuating element 34 can be driven by means of the internal combustion engine. Furthermore, the drive device 38 comprise a transmission, via which the actuating element 34 is drivable by the engine. If necessary, thus the drive of the actuator happens 34 and thus effecting its rotational movement via a fixed or variable transmission by the engine, in particular the internal combustion engine, whereby a frequency of the pulsation of the pressure can be adjusted, that is controlled or regulated.

Die Schwankung beziehungsweise Fluktuation oder Pulsation des Drucks stellt eine Druckvariation dar, welche mittels des Stellelements 34 bewirkt wird, indem dieses mit einer zumindest im Wesentlichen kontinuierlichen Geschwindigkeit mehrmals vollständig um die Drehachse 36 gedreht wird. Ist eine solche Druckvariation nicht gewünscht, kann das beispielsweise als Klappe ausgebildete Stellelement 34 stillstehen, das heißt festgesetzt oder festgelegt werden. Dabei wird das Stellelement 34 beispielsweise in einer Position oder Stellung festgelegt, welche auch als Verstaustellung oder Ruhestellung bezeichnet wird. Vorzugsweise wird in dieser Ruhestellung durch das Stellelement 34 kein Druckverlust erzeugt.The fluctuation or fluctuation or pulsation of the pressure represents a pressure variation, which by means of the actuating element 34 is effected by this with an at least substantially continuous speed several times completely around the axis of rotation 36 is turned. If such a pressure variation is not desired, the actuating element designed as a flap, for example 34 to stand still, that is to say fixed or fixed. This is the actuator 34 for example, set in a position or position, which is also referred to as stowage or rest position. Preferably, in this rest position by the actuator 34 no pressure loss generated.

Das Stellelement 34 kann je nach Festigkeit mehr oder weniger dünn und/oder beispielsweise als Blech oder aus Kunststoff ausgebildet sein. Gegebenenfalls kann das Stellelement 34 flexibel ausgeführt sein. Vorzugsweise weist das Stellelement 34 eine Außenkontur auf, welche zumindest an einem Teilbereich wogenförmig ausgebildet ist.The actuator 34 may be more or less thin and / or, for example, designed as a sheet or plastic, depending on the strength. Optionally, the actuator 34 be flexible. Preferably, the actuating element 34 an outer contour, which is formed at least at a portion of a wave-shaped.

2 zeigt den Verdichter 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei das Stellelement 34 zumindest in einem Teilbereich kugelförmig oder kugelsegmentförmig, das heißt als Kugelabschnitt ausgebildet ist. In 2 ist dabei die zuvor genannte Ruhestellung gezeigt, in welcher das Stellelement 34 zumindest teilweise in einer korrespondierenden Ausnehmung 42 des Rohrelements 20 aufgenommen ist. Somit liegt das Stellelement 34 zumindest teilweise außerhalb der Luftströmung beziehungsweise einer Strömungsführung, so dass durch das Stellelement 34 in der Ruhestellung kein Druckverlust oder ein nur geringfügiger und zu vernachlässigender Druckverlust erzeugt wird. Alternativ zu der kugelsegmentförmigen Ausgestaltung beziehungsweise dem Kugelabschnitt sind auch andere Geometrien des Stellelements 34 denkbar, wie beispielsweise rechteckige Platten in einem Rohrquerschnitt in mindestens zwei parallelen Wänden oder Ringe, die entweder an mindestens einem Schwenkarm montiert sind oder die um eine Achse drehen, die in der Ringebene liegt und durch den Ringmittelpunkt verläuft und entweder einen Teil oder einen ganzen Rohrquerschnitt beziehungsweise Querschnitt des Strömungskanals 22 überstreichen. 2 shows the compressor 10 according to a second embodiment, wherein the adjusting element 34 at least in a partial area spherical or spherical segment-shaped, that is formed as a ball portion. In 2 In this case, the aforementioned rest position is shown, in which the actuating element 34 at least partially in a corresponding recess 42 of the tubular element 20 is included. Thus, the actuator is located 34 at least partially outside the air flow or a flow guide, so that by the actuator 34 in the rest position no pressure loss or only a slight and negligible pressure loss is generated. As an alternative to the spherical segment-shaped configuration or the spherical segment, other geometries of the actuating element are also possible 34 conceivable, such as rectangular plates in a tube cross-section in at least two parallel walls or rings which are mounted either on at least one pivot arm or rotate about an axis which lies in the ring plane and passes through the ring center and either a part or a whole pipe cross-section or cross section of the flow channel 22 sweep.

Bei der zweiten Ausführungsform ist das Stellelement 34 bezogen auf die Drehachse 36 nicht-punktsymmetrisch ausgebildet. Dabei ist der Kugelabschnitt in 2 mit 44 bezeichnet und über einen zumindest im Wesentlichen dreiecksförmigen Hebelarm 46 mit einer um die Drehachse 36 drehbaren Welle 48 verbunden, über welche das Stellelement 34 von der Antriebseinrichtung 38 um die Drehachse 36 antreibbar ist. In 2 ist ferner eine Bewegungsbahn 50 gezeigt, die eine Außenkontur des Kugelabschnitts 44 beschreibt, wenn das Stellelement 34 um die Drehachse 36 gedreht wird. Die Bewegungsbahn ist dabei kreisförmig beziehungsweise kreisrund.In the second embodiment, the actuator is 34 related to the axis of rotation 36 not formed point-symmetrical. The ball section is in 2 With 44 referred to and via an at least substantially triangular lever arm 46 with one around the axis of rotation 36 rotatable shaft 48 connected, via which the actuator 34 from the drive device 38 around the axis of rotation 36 is drivable. In 2 is also a trajectory 50 shown having an outer contour of the ball portion 44 describes when the actuator 34 around the axis of rotation 36 is turned. The trajectory is circular or circular.

In Zusammenschau mit 3 ist besonders erkennbar, dass der Hebelarm 46 zwei voneinander beabstandete Arme 52 aufweist, welche auf die Welle 48 zu verlaufen und auf Seiten des Kugelabschnitts 44 über einen Steg 54 miteinander verbunden sind. Ferner ist aus 3 besonders gut erkennbar, dass der Kugelabschnitt 44 in der Ruhestellung in der korrespondierenden Ausnehmung 42 des Rohrelements 20 aufgenommen ist.In synopsis with 3 is particularly noticeable that the lever arm 46 two spaced arms 52 which is on the shaft 48 to run and on the sides of the ball section 44 over a footbridge 54 connected to each other. Furthermore, it is off 3 particularly well recognizable that the ball section 44 in the rest position in the corresponding recess 42 of the tubular element 20 is included.

4 und 5 zeigen den Verdichter 10 gemäß einer dritten Ausführungsform. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich insbesondere dadurch von der zweiten Ausführungsform, dass das Stellelement 34 bezogen auf die Drehachse 36 punktsymmetrisch ausgebildet ist. Somit sind zwei Kugelabschnitte 44 vorgesehen, welche über jeweilige Hebelarme 46 mit der Welle 48 verbunden sind. 4 and 5 show the compressor 10 according to a third embodiment. The third embodiment differs in particular from the second embodiment that the adjusting element 34 related to the axis of rotation 36 is formed point-symmetrical. Thus, two ball sections 44 provided, which via respective lever arms 46 with the wave 48 are connected.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Verdichtercompressor
1212: Verdichtergehäusecompressor housing
1414: Aufnahmeraumaccommodation space
1616: Verdichterradcompressor
1818: Drehachseaxis of rotation
2020: Rohrelementtube element
2222: Strömungskanalflow channel
2424: Wellewave
2626: Beschaufelungblading
28 28: Verdichterschaufelcompressor blade
3030: Eintrittskanteleading edge
3232: Austrittskantetrailing edge
3434: Stellelementactuator
3636: Drehachseaxis of rotation
3838: Antriebseinrichtungdriving means
4040: Richtungspfeilarrow
4242: Ausnehmungrecess
4444: Kugelabschnittball section
4646: Hebelarmlever arm
4848: Wellewave
5050: Bewegungsbahntrajectory
5252: Armpoor
5454: Stegweb

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 5611664 A [0001]
DE 102009046522 A1 [0001]

Claims

Compressor ( 10 ), in particular for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, with at least one about an axis of rotation ( 18 ) rotatable and in an air-flowable through flow channel ( 22 ) of the compressor ( 10 ) arranged compressor wheel ( 16 ) for compressing the air, and with at least one upstream of the compressor wheel ( 16 ) in the flow channel ( 22 ) arranged adjusting element ( 34 ) for influencing the air flow, characterized in that the actuating element ( 34 ) about a rotation axis ( 36 ) is rotatable in at least one position in which the actuating element ( 34 ) a first portion of the flow channel ( 22 ) fluidly blocked and a subsequent to the first portion, the second portion releases, wherein a drive means ( 38 ) is provided, which is adapted to the actuator ( 34 ) during operation of the compressor ( 10 ) at least temporarily at a constant speed several times completely around the axis of rotation ( 36 ) and thereby fluctuations in one in the flow channel ( 22 ) upstream of the compressor wheel ( 16 ) to cause prevailing pressure.

Compressor ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the flow channel ( 22 ) at least partially through a tubular element ( 20 ) is limited, wherein the actuating element ( 34 ) is rotatable in at least one stowage position different from the position in which the actuating element ( 34 ) at least partially in a recess ( 42 ) of the tubular element ( 20 ) is recorded.

Compressor ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the axis of rotation ( 36 ) about which the actuator ( 34 ) is rotatable, perpendicular to the axis of rotation ( 18 ), around which the compressor wheel ( 16 ) is rotatable.

Compressor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the drive device ( 38 ) comprises an engine, in particular an internal combustion engine, by means of which the actuating element ( 34 ) is drivable.

Compressor ( 10 ) according to claim 4, characterized in that a transmission is provided, via which the actuating element ( 34 ) is drivable by the motor.

Compressor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuating element ( 34 ) relative to its axis of rotation ( 36 ) is formed point-symmetrical or non-point-symmetrical.

Method for operating a compressor ( 10 ) according to any one of the preceding claims.