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Die Erfindung betrifft einen Verdichter, insbesondere einen Radialverdichter, für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solcher Verdichter in Form eines Radialverdichters für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise bereits der
US 6 607 353 B2 als bekannt zu entnehmen. Der Verdichter umfasst ein Gehäuse, durch welches ein Aufnahmeraum für ein Verdichterrad des Verdichters gebildet ist. Der Verdichter umfasst ferner einen stromab des Aufnahmeraums angeordneten Diffusor, welcher von mittels des Verdichterrads verdichteter Luft durchströmbar ist. Der Diffusor ist somit ein von der Luft durchströmbarer Kanal beziehungsweise Strömungskanal, wobei der Diffusor bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft durch den Verdichter stromab des Aufnahmeraums und somit des Verdichterrads angeordnet ist.
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Der Verdichter umfasst ferner eine Leiteinrichtung, welche eine Mehrzahl von Leitschaufeln umfasst. Die Leitschaufeln sind dabei in dem Diffusor angeordnet, wobei die jeweilige Leitschaufel eine Sehne mit einer Sehnenlänge aufweist. Dabei sind die Leitschaufeln jeweils um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar und über wenigstens eine einen Durchmesser aufweisende Scheibe drehbar an dem Gehäuse zumindest mittelbar gelagert. Die Scheibe wird auch als Teller bezeichnet.
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Ferner offenbart die
DE 198 38 928 C1 ein variabel einstellbares Leitgitter einer Turbine eines Abgasturboladers, mit einer Abdichtung für axiale Schaufelenden von Leitschaufeln, die mit einem Stellbolzen schwenkbar in einem Statorteil der Turbine gehalten sind. Die Abdichtung umfasst ein Dichtungselement, welches in einem Druckraum im Statorteil aufgenommen ist und pneumatisch beaufschlagbar mit einer Stirnseite dichtend an die freien Schaufelenden drückbar ist. Dabei ist es vorgesehen, dass pro Leitschaufel ein Dichtungselement in jeweils einem Druckraum vorgesehen ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verdichter der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders hoher Wirkungsgrad des Verdichters realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Verdichter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen Verdichter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders hoher Wirkungsgrad des Verdichters realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Durchmesser mindestens 90 Prozent der Sehnenlänge beträgt. Dadurch kann ein aerodynamisch zumindest weitgehend verlustfreies Schwenken beziehungsweise Drehen der Leitschaufeln ermöglicht werden, sodass eine Steigerung des Wirkungsgrads des Verdichters im Vergleich zu herkömmlichen Verdichtern um beispielsweise 4 Prozent im Hauptfahrbereich darstellbar ist. Des Weiteren kann durch einen passenden Anstellwinkel der Leitschaufeln die Kennfeldbreite um mindestens 10 Prozent vergrößert werden.
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Durch die Leitschaufeln ist eine Leitbeschaufelung gebildet, welche – da sie im Diffusor angeordnet ist – auch als Nachleitbeschaufelung bezeichnet wird. Dadurch, dass der Durchmesser der jeweiligen Scheibe, welche auch als Teller bezeichnet wird, zumindest 90 Prozent der Sehnenlänge beträgt, kann eine besonders verlustarme beziehungsweise zumindest nahezu verlustfreie Lagerung geschaffen werden, sodass eine Aktuierung der schwenkbaren Nachleitbeschaufelung ohne nennenswerte Wirkungsgradverluste realisierbar ist.
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Die im Diffusor angeordneten Leitschaufeln dienen dem Ablenken beziehungsweise Leiten der den Diffusor durchströmenden Luft, sodass im Diffusor besonders vorteilhafte Strömungsbedingungen geschaffen werden können. Da die Leitschaufeln relativ zu dem Gehäuse drehbar beziehungsweise verschwenkbar sind, können die Leitschaufeln und somit der Verdichter insgesamt an unterschiedliche Betriebszustände vorteilhaft angepasst werden, sodass ein besonders effizienter und somit wirkungsgradgünstiger Betrieb des Verdichters realisierbar ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der 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.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Perspektivansicht eines Verdichters für einen Abgasturbolader, mit einer Leiteinrichtung, welche Leitschaufeln umfasst, wobei ein jeweiliger Durchmesser einer jeweiligen Scheibe zumindest 90 Prozent einer jeweiligen Sehnenlänge der jeweiligen Leitschaufel beträgt;
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2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Verdichters;
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3 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Verdichters in einem in 2 mit B bezeichneten Bereich;
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4 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Verdichters in einem in 2 mit C bezeichneten Bereich;
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5 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht des Verdichters;
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6 eine schematische Perspektivansicht der Leiteinrichtung;
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7 eine schematische Vorderansicht des Verdichters;
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8a–c jeweils ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Verdichters;
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9 eine weitere schematische Perspektivansicht des Verdichters;
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10 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht des Verdichters; und
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11 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht des Verdichters.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht einen Verdichter in Form eines Radialverdichters 10 (2) für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens. Der Radialverdichter 10 umfasst ein im Ganzen mit 12 bezeichnetes Gehäuse, durch welches ein Aufnahmeraum 14 gebildet ist. Im fertig hergestellten Zustand des Radialverdichters 10 ist im Aufnahmeraum 14 ein Verdichterrad 16 des Radialverdichters 10 aufgenommen, wobei das Verdichterrad 16 um eine Drehachse relativ zum Gehäuse 12 drehbar ist. Aus 2 ist erkennbar, dass das Verdichterrad 16 Bestandteil eines im Ganzen mit 18 bezeichneten Rotors des Abgasturboladers ist. Der Rotor 18 umfasst das Verdichterrad 16, eine Welle 20 sowie ein Turbinenrad 22 einer Turbine des Abgasturboladers. Im fertig hergestellten Zustand des Kraftwagens ist die Turbine in einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet, wobei der Abgastrakt von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. Das Turbinenrad 22 wird von dem Abgas angetrieben, wobei das Turbinenrad 22 und das Verdichterrad 16 drehfest mit der Welle 20 verbunden sind. Das Gehäuse 12 umfasst ein erstes Gehäuseteil in Form eines Lagergehäuses 24, wobei der Rotor 18 um eine Drehachse relativ zu dem Lagergehäuse 24 drehbar an dem Lagergehäuse 24 gelagert ist.
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Im fertig hergestellten Zustand des Kraftwagens ist der Radialverdichter 10 in einem von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angetrieben. Da das Verdichterrad 16 über die Welle 20 mit dem Turbinenrad 22 verbunden ist, wird das Verdichterrad 16 über die Welle 20 von dem Turbinenrad 22 angetrieben, wodurch mittels des Verdichterrads 16 die den Radialverdichter 10 beziehungsweise das Gehäuse 12 durchströmende Luft verdichtet wird. Da das Turbinenrad 22 von dem Abgas angetrieben wird, wird im Abgas enthaltene Energie zum Antreiben des Rotors 18 und somit zum Verdichten der Luft genutzt. Das Gehäuse 12 umfasst weitere Gehäuseteile 26, 28 und 30, wobei das Gehäuseteil 30 als Verdichtergehäuse bezeichnet wird. Der Radialverdichter 10 ist als Radialverdichter ausgebildet, da die Luft das Verdichterrad 16 zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung anströmt, wobei die mittels des Verdichterrads 16 verdichtete Luft das Verdichterrad 16 zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung des Radialverdichters 10 abströmt. Dabei ist durch das Gehäuse 12 ein bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft durch den Radialverdichter 10 stromab des Aufnahmeraums 14 angeordneter Diffusor 32 gebildet, welcher von der mittels des Verdichterrads 16 verdichteten Luft durchströmbar ist. Dies bedeutet, dass der Diffusor 32 ein Strömungskanal beziehungsweise ein Kanal ist, durch den die mittels des Verdichterrads 16 verdichtete Luft, insbesondere zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung des Radialverdichters 10, strömt. Aus 2 ist erkennbar, dass der Diffusor 32 vorliegend durch die Gehäuseteile 26 und 30 begrenzt ist.
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Die verdichtete Luft wird wenigstens einem Brennraum insbesondere in Form eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine zugeführt, sodass ein besonders effizienter und effektiver Betrieb der Verbrennungskraftmaschine darstellbar ist. Dabei ist die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungsmaschine ausgebildet.
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Besonders gut in Zusammenschau mit 6 ist erkennbar, dass der Radialverdichter 10 eine im Ganzen mit 34 bezeichnete Leiteinrichtung umfasst. Die Leiteinrichtung 34 umfasst eine Mehrzahl von besonders gut aus 7 erkennbaren Leitschaufeln 36, welche im vollständig hergestellten Zustand des Radialverdichters 10 im Diffusor 32 und somit stromab des Verdichterrads 16 angeordnet sind. Dabei sind die Leitschaufeln 36 um jeweilige Drehachsen relativ zum Gehäuse 12 drehbar. Die Leitschaufeln 36 dienen dem Leiten beziehungsweise Ablenken der den Diffusor 32 durchströmenden Luft, sodass besonders günstige Strömungsbedingungen im Diffusor 32 realisiert werden können. Dadurch, dass die Leitschaufeln 36 um die jeweiligen Drehachsen relativ zum Gehäuse 12 gedreht beziehungsweise verschwenkt werden können, können die Leitschaufeln 36 und somit der Radialverdichter 10 insgesamt an unterschiedliche Betriebszustände und somit an unterschiedliche Massenströme der Luft bedarfsgerecht angepasst werden.
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Besonders gut aus 8a–c ist erkennbar, dass die jeweilige Leitschaufel 36 eine jeweilige Sehne mit einer zugehörigen Sehnenlänge aufweist. Ferner ist aus 7 bis 8c erkennbar, dass die Leitschaufeln 36 über jeweilige, einen jeweiligen Durchmesser aufweisende Scheiben 38 drehbar am Gehäuse 12 gelagert sind. Die jeweilige Scheibe 38 ist zumindest im Wesentlichen kreisrund und wird auch als Teller bezeichnet, wobei die jeweilige Leitschaufel 36 über den jeweilig zugehörigen Teller (Scheibe 38) drehbar am Gehäuseteil 26 gelagert ist. Dabei ist die jeweilige Scheibe 38 mit der jeweiligen, zugehörigen Leitschaufel 36 drehfest verbunden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Leitschaufel 36 einstückig mit der jeweiligen Scheibe 38 ausgebildet ist. Die jeweilige Leitschaufel 36 ist somit als rotierende beziehungsweise rotierbare Diffusorschaufel ausgebildet, welche auch als VVG-Schaufel bezeichnet wird. Die Leitschaufeln 36 können bedarfsgerecht in unterschiedliche Positionen gedreht und in diesen unterschiedlichen Positionen gehalten werden. Die jeweiligen Leitschaufeln 36 sind vorzugsweise aus dem Vollen gefertigt und können über einen Verbund von im Folgenden beschriebenen Bauteilen gedreht werden, wobei die Leitschaufeln 36 an dem Gehäuse 12 drehbar gehalten sind. Insbesondere sind die Leitschaufeln 36 an dem Gehäuseteil 26 drehbar gehalten, wobei das Gehäuseteil 26 beispielsweise zum Lagergehäuse 24 gehört. Die Verstellung beziehungsweise Drehung der Leitschaufeln 36 erfolgt über einen besonders gut aus 1 erkennbaren Steller 39, welcher auch als Aktor oder Stellglied bezeichnet wird und vorliegend als elektrischer beziehungsweise elektrisch betreibbarer Steller ausgebildet ist. Ferner ist aus 7 besonders gut erkennbar, dass die jeweilige Scheibe 38 einen jeweiligen Durchmesser in Form eines jeweiligen Außendurchmessers aufweist.
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Um nun einen besonders hohen Wirkungsgrad des Radialverdichters 10 zu realisieren, beträgt der Außendurchmesser der jeweiligen Scheibe 38 zumindest 90 Prozent der jeweiligen Sehnenlänge der jeweiligen, zur jeweiligen Scheibe 38 gehörenden Leitschaufel 36. Dies bedeutet, dass die jeweilige Leitschaufel 36 auf einem jeweiligen Teller mit einem Durchmesser von mindestens 90 Prozent der Sehnenlänge der jeweiligen Leitschaufel 36 sitzt. Durch die Leitschaufeln 36, welche in Umfangsrichtung des Verdichterrads 16 aufeinanderfolgend angeordnet sind, ist ein Leitgitter in Form eines sogenannten Nachleitgitters gebildet, welches verstellbar und stromab des Verdichterrads 16 angeordnet ist.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn ein jeweiliger Spalt zwischen dem Gehäuse 12, insbesondere zwischen dem Verdichtergehäuse (Gehäuseteil 30), und der jeweiligen Leitschaufel 36 in einem Bereich von einschließlich 0 Prozent bis einschließlich 3 Prozent der jeweiligen Höhe der jeweiligen Leitschaufel 36 liegt. Mit anderen Worten weist die jeweilige Leitschaufel 36 eine jeweilige, sich zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung des Radialverdichters 10 erstreckende Höhe auf, welche auch als Schaufelhöhe bezeichnet wird. Dabei existiert zum Verdichtergehäuse ein Spalt von 0 Prozent bis 3 Prozent der Schaufelhöhe zwischen der jeweiligen Leitschaufel 36 und dem Verdichtergehäuse. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Leitschaufeln 36 um höchstens 30 Grad relativ zu dem Gehäuse 12 drehbar sind.
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Jeder Teller (Scheibe 38) ist mit einer jeweiligen Welle 40 drehfest verbunden, wobei die jeweilige Leitschaufel 36 über die jeweils zugehörige Welle 40 drehbar ist. Hierzu wird die jeweilige Welle 40 um die jeweilige Drehachse gedreht. Die jeweilige Welle 40 ist mit einem jeweiligen, senkrecht zur jeweiligen Drehachse verlaufenden Hebel 42 drehfest verbunden, wobei die jeweilige Welle 40 über den jeweiligen Hebel 42 drehbar beziehungsweise verschwenkbar ist. Mit anderen Worten, wird der jeweilige Hebel 42 verschwenkt, so werden dadurch die jeweilige Welle 40 und somit die jeweilige Leitschaufel 36 gedreht, wobei die jeweilige Leitschaufel 36 beispielsweise über die jeweils zugehörige Scheibe 38 mit der jeweiligen Welle 40 drehfest verbunden ist. Die jeweiligen Hebel 42 sind mit einem den Hebeln 42 gemeinsamen Verstellring 44 gekoppelt, insbesondere formschlüssig gekoppelt. Über den Verstellring 44 sind die Hebel 42 verschwenkbar, indem der Verstellring 44 gedreht wird. Mit anderen Worten, wird der Verstellring 44 um die Drehachse, um welche der Rotor 18 drehbar ist, gedreht, so werden dadurch die Hebel 42 verschwenkt, insbesondere um die Drehachse, um die die Leitschaufeln 36 drehbar sind. Dieses Verschwenken der Hebel 42 erfolgt, da die Hebel 42 formschlüssig mit dem Verstellring 44 gekoppelt sind. Durch Verschwenken der Hebel 42 werden die Wellen 40 und über diese die Leitschaufeln 36 um ihre jeweiligen Drehachsen gedreht. Insbesondere sind die Hebel 42 formschlüssig nach dem Nut-Feder-Prinzip mit dem Verstellring 44 verbunden.
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Der Verstellring 44 wiederum ist, insbesondere formschlüssig, mit einem zweiten Hebel 46 verbunden, wobei der Verstellring 44 über den zweiten Hebel 46 drehbar ist, indem der Hebel 46 verschwenkt wird. Der zweite Hebel 46 ist mit einer zweiten Welle 48 gekoppelt, insbesondere drehfest verbunden, sodass der zweite Hebel 46 über die zweite Welle 48 durch Drehen der zweiten Welle 48 verschwenkbar ist. Wird die zweite Welle 48 relativ zum Gehäuse 12 gedreht, so wird dadurch der zweite Hebel 46 verschwenkt, wodurch der Verstellring 44 relativ zum Gehäuse 12 gedreht wird. Hierdurch werden die ersten Hebel 42 verschwenkt, wodurch die ersten Wellen 40 und über diese die Leitschaufeln 36 gedreht werden. Wie besonders gut aus 3 erkennbar ist, ist die zweite Welle 48 aus dem Gehäuse 12, insbesondere dem Lagergehäuse 24 beziehungsweise den Gehäuseteilen 26, 28 herausgeführt, wobei die zweite Welle 48 mit wenigstens einem Dichtungselement 50 versehen ist, mittels welchem die zweite Welle 48 gegen das Gehäuse 12 und vorliegend gegen das Gehäuseteil 28 abgedichtet ist. Das Dichtungselement 50 ist dabei beispielsweise als O-Ring ausgebildet. Ferner ist ein weiteres Dichtungselement 52 vorgesehen, mittels welchem das Gehäuseteil 28 gegen das Gehäuseteil 26 abgedichtet ist. Dabei ist beispielsweise auch das weitere Dichtungselement 52 als O-Ring ausgebildet. Aus 3 ist ferner ein Befestigungselement 54 erkennbar, mittels welchem das vorliegend als Adapterplatte ausgebildete Gehäuseteil 26 mit dem Lagergehäuse 24 verbunden ist. Vorliegend ist das Befestigungselement 54 als Schraubelement beziehungsweise Schraube ausgebildet. Dabei ist das Gehäuseteil 28 ein Deckel, wobei durch die Gehäuseteile 26 und 28 ein besonders gut aus 4 erkennbarer Aufnahmeraum 56 begrenzt ist, in welchem die jeweiligen Hebel 42 aufgenommen sind. In dem Aufnahmeraum 56 ist die Welle 48 über den Hebel 46 mit dem Verstellring 44 gekoppelt, welcher beispielsweise ebenfalls in dem Aufnahmeraum 56 angeordnet ist. Dabei ist die Welle 48 durch das Gehäuseteil 28 hindurch aus dem Aufnahmeraum 56 herausgeführt. In 4 ist auch ein mit A gekennzeichnetes Axialspiel erkennbar, welches ein nominelles Axialspiel ist und beispielsweise +/–0,05 Millimeter beträgt. In 5 ist besonders gut ein Halter 58 erkennbar, welcher an dem Gehäuseteil 28 befestigt ist. An dem auch aus 1 erkennbaren Halter 58 ist der Steller 39 gehalten.
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Beispielsweise außerhalb des Gehäuses 12 ist die Welle 48 mit einem weiteren Hebel 60 verbunden und insbesondere drehfest verbunden, sodass die Welle 48 mittels des Hebels 60 drehbar ist, indem der Hebel 60 verschwenkt wird. Dabei ist der Hebel 60 gelenkig mit einer Schubstange 62 gekoppelt, wobei die Schubstange 62 mittels des Stellers 39 translatorisch bewegbar ist. Hierzu ist die Schubstange 62 gelenkig mit einem weiteren Hebel 64 gekoppelt, welcher mittels des Stellers 39 verschwenkbar ist. Durch Verschwenken des Hebels 64 wird die Schubstange 62 translatorisch bewegt, wodurch der Hebel 60 verschwenkt wird. Hierdurch wird die Welle 48 gedreht, wodurch wiederum die Leitschaufeln 36 auf die beschriebene Weise gedreht werden. Beispielsweise ist die Welle 48 mit dem Hebel 60 verschraubt.
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Aus 6 sind Anschläge 66 erkennbar, durch welche die Drehung beziehungsweise Drehbarkeit des Verstellrings 44 und somit die Drehbarkeit der Leitschaufeln 36 begrenzt sind. Vorliegend ist es vorgesehen, dass die Drehbarkeit und somit der Verstellbereich, in welchem die Leitschaufeln 36 drehbar sind, mittels der innerhalb des Lagergehäuses 24 angeordneten Anschläge 66 auf 30 Grad begrenzt ist.
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8a zeigt eine Verstellung von 50 Grad, wobei 8b eine Verstellung von 70 Grad und 8c eine Verstellung von 80 Grad der Leitschaufeln 36 zeigt. Dies bedeutet, dass die Leitschaufeln 36 zwischen einschließlich 50 Grad und einschließlich 80 Grad verstellt beziehungsweise gedreht werden können, woraus ein Verstellbereich von insgesamt 30 Grad resultiert.
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Schließlich ist in 9 ein Hitzeschild 68 erkennbar, welches demontiert werden kann. 10 zeigt einen Freigang 70 für einen Ölzulauf, wobei 11 einen Freigang 72 für einen Ölrücklauf des Abgasturboladers zeigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6607353 B2 [0002]
- DE 19838928 C1 [0004]
