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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Abgasturbolader für aufgeladene Brennkraftmaschinen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verdichtergehäuse eines Radialverdichters eines solchen Abgasturboladers.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Für die Leistungssteigerung einer Brennkraftmaschine werden heutzutage standardmäßig Abgasturbolader eingesetzt, mit einer Turbine im Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine und mit einem der Verbrennungskraftmaschine vorgelagerten Verdichter. Die Abgase der Brennkraftmaschine werden dabei in der Turbine entspannt. Die dabei gewonnene Arbeit wird mittels einer Welle auf den Verdichter übertragen, welcher die der Brennkraftmaschine zugeführte Luft verdichtet. Durch die Verwendung der Energie der Abgase zur Verdichtung der dem Verbrennungsprozess in der Brennkraftmaschine zugeführten Luft, können der Verbrennungsprozess und der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine optimiert werden.
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Um den Ladedruck nach dem Verdichterrad weiter zu erhöhen, wird bei Radialverdichtern der Verdichteraustrittskanal üblicherweise in Form einer Spirale mit am Umfang stetig zunehmender Querschnittsfläche ausgeführt, welche anschließend in einen Kegeldiffusor endet.
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Bei Schäden am Verdichterrad bzw. am Turbolader sowie für Wartungsarbeiten ist es notwendig mit möglichst geringem Aufwand an die betroffenen Bauteile zu gelangen. Dies wird üblicherweise durch die Trennung der Verdichtergehäuse-Spirale in zwei Bauteile ermöglicht. Insbesondere wird die Trennung der Verdichtergehäuse-Spirale typischerweise auf einer Hauptachse des Spiralenquerschnitts ausgeführt.
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DARSTELLUNG DES TECHNISCHEN PROBLEMS
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Es hat sich herausgestellt, dass bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verdichtergehäusen Strömungsverluste auftreten die zu Effizienzverlusten des Radialverdichters führen.
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Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein Verdichtergehäuse bereitzustellen, das in dieser Hinsicht verbessert ist, so dass ein Verdichtergehäuse bereitgestellt werden kann, mit welchem Strömungsverluste im Wesentlichen reduziert oder sogar vermieden werden können.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Zur Lösung der obengenannten Aufgabe wird ein Verdichtergehäuse für einen Radialtverdichter gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bereitgestellt. Weitere Aspekte, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Figuren zu entnehmen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verdichtergehäuse für einen Radialtverdichter bereitgestellt. Das Verdichtergehäuse umfasst eine radiale Trennstelle zwischen einem inneren Verdichtergehäuse und einem äußeren Verdichtergehäuse. Das innere Verdichtergehäuse umfasst einen spiralförmigen Strömungskanal, der ein Verdichterrad des Radialverdichters radial umschließt. Die Trennstelle ist in radialer Richtung außerhalb des spiralförmigen Strömungskanals angeordnet.
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Somit wird vorteilhafterweise ein Verdichtergehäuse bereitgestellt, mit welchem Strömungsverluste im Wesentlichen reduziert oder sogar vermieden werden können. Somit kann, im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Radialverdichtern, ein Radialverdichter mit höherer Effizienz bereitgestellt werden. Insbesondere können Querströmungen, die beispielsweise bei konventionellen Verdichtergehäusen an einer Trennstelle zwischen Verdichtergehäuse-Innenteil und -Außenteil auftreten, vermieden werden. Somit kann mit den hierin beschriebenen Ausführungsformen des Verdichtergehäuses eine Beeinflussung der Strömung in der Verdichterspirale durch die Querströmungen vermieden werden. Ferner haben die hierin beschriebenen Ausführungsformen des Verdichtergehäuses weitere Vorteile hinsichtlich Herstellung, Montage und Kosten. Insbesondere, können die hierin beschriebenen Ausführungsformen des Verdichtergehäuses einfacher hergestellt und mit geringem Aufwand montiert und demontiert werden, wodurch sich sowohl in der Herstellung als auch bei der Wartung eine Kostenreduktion ergibt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Radialverdichter mit einem Verdichtergehäuse gemäß einer der hierin beschrieben Ausführungsformen bereitgestellt, so dass vorteilhafterweise ein verbesserter Radialverdichter bereitgestellt werden kann. Insbesondere umfasst der Radialverdichter ein um eine Achse drehbares Verdichterrad, einen Hauptströmungskanal zum Zuführen eines zu verdichtenden Mediums auf das Verdichterrad, und einen ringförmigen Stabilisatorraum, welcher den Hauptströmungskanal im Ansaugbereich des Verdichterrades umgibt, wobei der Stabilisatorraum zwischen dem Hauptströmungskanal und dem inneren Verdichtergehäuse des Verdichtergehäuses angeordnet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Abgasturbolader mit einem Radialverdichter gemäß einer der hierin beschrieben Ausführungsformen bereitgestellt, so dass vorteilhafterweise ein verbesserter Abgasturbolader bereitgestellt werden kann.
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Figurenliste
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Im Weiteren soll die Erfindung anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden, aus denen sich weitere Vorteile und Abwandlungen ergeben. Hierbei zeigt:
- 1 eine schematische longitudinale Schnittansicht eines Radialverdichters mit einem Verdichtergehäuse gemäß dem Stand der Technik;
- 2 eine schematische longitudinale Schnittansicht eines Radialverdichters mit einem Verdichtergehäuse gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen; und
- 3 eine schematische axiale Schnittansicht eines Radialverdichters mit einem Verdichtergehäuse gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 zeigt eine schematische longitudinale Schnittansicht entlang der Rotationsachse 22 des Verdichterrades 13 durch ein konventionelles Gehäuse eines Radialverdichters 20, wie er etwa zum Verdichten von Luft in Abgasturboladern gemäß dem Stand der Technik eingesetzt wird. Das Verdichtergehäuse ist zweigeteilt, wobei konventionellerweise die Trennung in ein äußeres Verdichtergehäuse 10B und ein inneres Verdichtergehäuse 10A im Bereich des Spiralgehäuses erfolgt. Wie in 1 gezeigt ist umfasst bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verdichtergehäuse üblicherweise sowohl das innere Verdichtergehäuse 10A als auch das äußere Verdichtergehäuse 10B einen Teil des spiralförmigen Strömungskanals 12. Konventionellerweise wird die Trennstelle 11 zwischen dem inneren Verdichtergehäuse 10A und dem äußeren Verdichtergehäuse 10B auf einer Hauptachse des Spiralenquerschnitts ausgeführt, wie es beispielhaft in 1 gezeigt ist.
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Wie aus dem im Schnitt dargestellten spiralförmigen Strömungskanal 12 in 1 hervorgeht, ist die Spirale üblicherweise mit am Umfang stetig zunehmender Querschnittsfläche ausgeführt (vergleiche obere in 1 dargestellte Querschnittsfläche des Strömungskanals 12 mit der unteren dargestellten Querschnittsfläche des Strömungskanals 12 in 1). Der Druck in der Verdichterspirale steigt über den Umfang in Richtung mit zunehmender Querschnittsfläche an (p2>p1). Diese Druckunterschiede führen zu einer Querströmung Q in der Trennstelle zwischen innerem Verdichtergehäuse und äußerem Verdichtergehäuse, wie es beispielhaft in 1 dargestellt ist.
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Es hat sich herausgestellt, dass diese Querströmung Q die Hauptströmung in der Verdichterspirale beeinflusst und zu Strömungsverlusten und damit zu Effizienzverlusten führt. Ferner hat sich herausgestellt, dass die Trennstelle 11 eine Unstetigkeit im Kanal ausbildet, da diese nur mit sehr engen, unwirtschaftlich herzustellenden Toleranzen minimal gehalten werden kann. Somit führt auch der unstetige Verlauf des Querschnitts des Strömungskanals 12 bei der konventionellen Ausführung des Verdichtergehäuses, wie es beispielhaft in 1 dargestellt ist, zu Strömungsverlusten. Insbesondere sind, um die besagte Unstetigkeit im Kanal so gering wie möglich zu halten, sehr enge Fertigungstoleranzen erforderlich, die nicht oder nur unter hohem Aufwand und Kosten durch die üblichen Fertigungsprozesse prozesssicher hergestellt werden können.
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In 2 ist eine schematische longitudinale Schnittansicht entlang der Rotationsachse 22 des Verdichterrades 13 eines Radialverdichters 20 mit einem Verdichtergehäuse 10 gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen dargestellt.
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Wie es beispielhaft in 2 gezeigt ist, umfasst das Verdichtergehäuse 10 gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen eine radiale Trennstelle 11 zwischen einem inneren Verdichtergehäuse 10A und einem äußeren Verdichtergehäuse 10B. Das innere Verdichtergehäuse 10A umfasst einen spiralförmigen Strömungskanal 12, der ein Verdichterrad 13 des Radialverdichters 20 radial umschließt. Wie in 2 gezeigt ist, ist die Trennstelle 11 in radialer Richtung außerhalb des spiralförmigen Strömungskanals 12 angeordnet. Die radiale Richtung ist in 2 durch den Pfeil R angedeutet.
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In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass das innere Verdichtergehäuse 10A eine erste Komponente des Verdichtergehäuses 10 und das äußere Verdichtergehäuse 10B eine zweite Komponente des Verdichtergehäuses 10 sein kann. Beispielsweise kann das innere Verdichtergehäuse 10A integral, d.h. einstückig, ausgeführt sein. Ferner kann auch das äußere Verdichtergehäuse 10B integral, d.h. einstückig, ausgeführt sein.
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Insbesondere kann die Trennstelle 11 zwischen innerem Verdichtergehäuse 10A und äußerem Verdichtergehäuse 10B quer zur Hauptströmung im spiralförmigen Strömungskanal 12 konzipiert sein Demnach wird bei den hierin beschriebenen Ausführungsformen des Verdichtergehäuses die Trennung zwischen innerem Verdichtergehäuse und äußerem Verdichtergehäuse vorteilhafter Weise radial soweit nach außen gelegt, dass der spiralförmigen Strömungskanal 12 im inneren Verdichtergehäuse 10A untergebracht ist, wobei sich im äußeren Verdichtergehäuse lediglich der Kegeldiffusor 19 befindet, wie es beispielhaft in 3 dargestellt ist.
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Somit wird vorteilhafterweise ein Verdichtergehäuse bereitgestellt, mit welchem Strömungsverluste im Wesentlichen reduziert oder sogar vermieden werden können. Somit kann, im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Radialverdichtern mit einem konventionellen Verdichtergehäuse, wie es beispielsweise in 1 dargestellt ist, ein Radialverdichter mit höherer Effizienz bereitgestellt werden. Insbesondere können Querströmungen, die beispielsweise bei konventionellen Verdichtergehäusen an einer Trennstelle zwischen innerem Verdichtergehäuse und äußerem Verdichtergehäuse auftreten, vermieden werden. Somit kann mit den hierin beschriebenen Ausführungsformen des Verdichtergehäuses eine Beeinflussung der Strömung in der Verdichterspirale durch die Querströmungen vermieden werden.
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Ferner haben die hierin beschriebenen Ausführungsformen des Verdichtergehäuses weitere Vorteile hinsichtlich Herstellung, Montage und Kosten. Insbesondere, können die hierin beschriebenen Ausführungsformen des Verdichtergehäuses einfacher hergestellt und mit geringem Aufwand montiert und demontiert werden, wodurch sich sowohl in der Herstellung als auch bei der Wartung eine Kostenreduktion ergibt. Beispielsweise, ist bei einer gusstechnischen Fertigung des Verdichterghäuses gemäß den hierin beschrieben Ausführungsformen im Vergleich zu konventionellen Verdichtergehäusen anstelle von zwei Kernen nur ein Kern notwendig. Ferner ist bei den hierin beschrieben Ausführungsformen des Verdichtergehäuses keine genaue Ausrichtung der Trennstelle in der Verdichterspirale zu Minimierung von Unstetigkeiten erforderlich, wie es bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verdichtergehäusen (siehe 1) notwendig ist, erforderlich, wodurch einen schnelle und einfache Montage des erfindungsgenmäßen Verdichtergehäuses ermöglicht wird.
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Darüber hinaus wird bei den hierin beschriebenen Ausführungsformen des Verdichtergehäuses eine Unstetigkeit im spiralförmigen Strömungskanal, wie sie bei konventionellen Verdichtetergehäusen vorhanden ist, vermieden. Somit sind bei der Herstellung der hierin beschriebenen Ausführungsformen des Verdichtergehäuses keine hohen Fertigungstoleranzen erforderlich um eine Unstetigkeit im Kanal zu minimieren, wie es in Zusammenhang mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Verdichtergehäuse in 1 erläutert ist.
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Gemäß einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ist der spiralförmige Strömungskanal 12 integraler Bestandteil des inneren Verdichtergehäuses 10A, wie es beispielhaft in 2 dargestellt ist. Mit anderen Worten, der spiralförmige Strömungskanal 12 ist in das innere Verdichtergehäuse 10A derart integriert, dass der Strömungskanal keine Trennstelle aufweist, wie es bei konventionellen Verdichtergehäusen üblicherweise der Fall ist (siehe 1).
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Gemäß einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, kann die radiale Trennstelle 11 derart ausgeführt sein um eine radiale Kontaktfläche zwischen dem inneren Verdichtergehäuse 10A und dem äußeren Verdichtergehäuse 10B bereitzustellen. Typischerweise ist die radiale Kontaktfläche eine Mantelfläche die rotationssymmetrisch um die Rotationsachse 22 des Verdichterrades 13 angeordnet ist. Somit kann eine Verbindung des inneren Verdichtergehäuses 10A mit dem äußeren Verdichtergehäuse 10B auf einfache Weise realisiert werden, ohne hohen Fertigungstoleranzen realisieren zu müssen um eine Unstetigkeit der Verdichtergehäuse-Spirale zu minimieren, wie es in Zusammenhang mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Verdichtergehäuse in 1 erläutert ist.
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Wie es beispielhaft in 2 dargestellt ist, kann das äußere Verdichtergehäuse 10B einen ersten Befestigungsflansch 17A aufweisen, der ausgelegt ist um das äußere Verdichtergehäuse 10B mit einem Lagergehäuse 25 des Radialverdichters zu verbinden. Ferner kann das äußere Verdichtergehäuse 10B einen zweiten Befestigungsflansch 17B umfassen, der ausgelegt ist um das äußere Verdichtergehäuse 10B mit dem innere Verdichtergehäuse 10A zu verbinden. Gemäß einer Ausführungsform, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, kann das innere Verdichtergehäuse 10A einen Befestigungsflansch 18 aufweisen, der ausgelegt ist um das innere Verdichtergehäuse 10A mit dem äußeren Verdichtergehäuse 10B zu verbinden.
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Somit wird mit den hierin beschriebenen Ausführungsformen des Verdichtergehäuses eine einfache, schnelle und kostengünstige Montage und Demontage, z.B. im Servicefall, ermöglicht. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass im Servicefall bei der in 2 dargestellten Ausführungsform typischerweise nur die Flanschverbindung 18-17B gelöst wird nicht jedoch die Flanschverbindung 17A-25.
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3 zeigt eine schematische axiale Schnittansicht eines Radialverdichters 20 mit einem Verdichtergehäuse 10 gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen. Wie beispielhaft in 3 dargestellt ist, kann das äußere Verdichtergehäuse 10B einen Kegeldiffusor 19 umfassen. Insbesondere ist, wie bereits oben erläutert, vorteilhafter Weise die Trennstelle 11 zwischen innerem Verdichtergehäuse 10A und äußerem Verdichtergehäuse 10B radial soweit nach außen gelegt, dass der spiralförmigen Strömungskanal 12 im inneren Verdichtergehäuse 10A untergebracht ist. Das äußere Verdichtergehäuse 10B umfasst typischerweise den Kegeldiffusor 19 der integral mit dem äußeren Verdichtergehäuse 10B ausgebildet ist.
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Wie aus den hierin beschriebenen Ausführungsformen hervorgeht wird durch die hierin beschriebenen Ausführungsformen ein Verdichtergehäuse bereitgestellt, das in vorteilhafterweise für einen Radialverdichter verwendet werden kann. Demnach wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Radialverdichter mit einem Verdichtergehäuse gemäß einer der hierin beschrieben Ausführungsformen bereitgestellt, so dass vorteilhafterweise ein verbesserter Radialverdichter bereitgestellt wird.
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Insbesondere umfasst der Radialverdichter 20 ein um eine Rotationsachse 22 drehbares Verdichterrad 13, einen Hauptströmungskanal 14 zum Zuführen eines zu verdichtenden Mediums auf das Verdichterrad 13, und einen ringförmigen Stabilisatorraum 15, welcher den Hauptströmungskanal 14 im Ansaugbereich des Verdichterrades umgibt, wobei der Stabilisatorraum 15 zwischen dem Hauptströmungskanal 14 und dem inneren Verdichtergehäuse 10A angeordnet ist.
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Somit kann auch durch die Verwendung eines Radialverdichters mit einem Verdichtergehäuse gemäß einer der hierin beschrieben Ausführungsformen für einen Abgasturbolader vorteilhafterweise ein verbesserter Abgasturbolader bereitgestellt werden. Insbesondere sind die hierin beschrieben Ausführungsformen des Verdichtergehäuses für einen Abgasturbolader der nach dem „Full Cartridge Concept“ ausgestaltet ist besonders geeignet. Das „Full Cartridge Concept“ zeichnet sich dadurch aus, dass das äußere Verdichtergehäuse bei Demontage im Servicefall an dem Motor montiert bleiben kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verdichtergehäuse
- 10A
- inneres Verdichtergehäuse
- 10B
- äußeres Verdichtergehäuse
- 11
- Trennstelle
- 12
- spiralförmiger Strömungskanal
- 13
- Verdichterrad
- 14
- Hauptströmungskanal
- 15
- Stabilisatorraum
- 17A
- erster Befestigungsflansch des äußeren Verdichtergehäuses
- 17B
- zweiter Befestigungsflansch des äußeren Verdichtergehäuses
- 18
- Befestigungsflansch des inneren Verdichtergehäuses
- 19
- Kegeldiffusor
- 20
- Radialverdichter
- 22
- Rotationsachse
