DE102019110042A1

DE102019110042A1 - Verdichter für eine aufgeladene Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102019110042A1
Application number: DE102019110042.9A
Authority: DE
Inventors: Fabio Elmer; Elias Chebli; Vincenzo Bevilacqua; Johannes Penner
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2020-10-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verdichter (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Spiralgehäuse (2) mit einem Lufteinlass (3) und mit einem Luftauslass (4), wobei in dem Spiralgehäuse (2) ein Verdichterrad (5) angeordnet ist, wobei der Lufteinlass (3) in axialer Richtung in Bezug auf das Verdichterrad (5) ausgerichtet ist und die in das Spiralgehäuse (2) axial eintretende Luft das Verdichterrad (5) in radialer Richtung durchströmt und danach von dem Spiralgehäuse (2) zu dem Luftauslass (4) geführt wird, wobei das Verdichterrad (5) eine Vielzahl gekrümmter Leitschaufeln (6) aufweist, die über den Umfang des Verdichterrads (5) angeordnet sind, wobei die Leitschaufeln (6) mehrteilig ausgebildet sind und sich durch Leitschaufelsegmente (7, 8, 9) zusammensetzen, die voneinander beabstandet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter für eine Brennkraftmaschine, insbesondere ein Verdichter für ein Kraftfahrzeugturbolader.
Turbolader weisen einerseits einen Verdichter auf, welcher in einem Spiralgehäuse ein Verdichterrad aufweist, wobei axial zu dem sich drehenden Verdichterrad eine Luftzufuhr vorgesehen ist, die Luft von dem Verdichterrad auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt und radial aus dem Verdichterrad ausgelassen wird, von wo die Luft im Spiralgehäuse zu einem Auslass geleitet und ausgelassen wird. Das Verdichterrad weist dabei eine Vielzahl gekrümmter Leitschaufeln auf, an welchen die Luftströmung entlanggeführt wird.
Dabei zeigt sich, dass die Luftströmung entlang der Leitschaufeln sich von der jeweiligen Leitschaufel auf der Oberseiteablöst, was eine Reduzierung der Effizienz des Verdichters bewirkt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdichter für einen Turbolader zu schaffen, welcher eine gesteigerte Effizienz aufweist.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Verdichter für einen Turbolader, insbesondere für einen Turbolader eines Kraftfahrzeugs, mit einem Spiralgehäuse mit einem Lufteinlass und mit einem Luftauslass, wobei in dem Spiralgehäuse ein Verdichterrad angeordnet ist, wobei der Lufteinlass in axialer Richtung in Bezug auf das Verdichterrad ausgerichtet ist und die in das Spiralgehäuse axial eintretende Luft das Verdichterrad in radialer Richtung durchströmt und danach von dem Spiralgehäuse zu dem Luftauslass geführt wird, wobei das Verdichterrad eine Vielzahl gekrümmter Leitschaufeln aufweist, die über den Umfang des Verdichterrads angeordnet sind, wobei die Leitschaufeln mehrteilig ausgebildet sind und sich durch Leitschaufelsegmente zusammensetzen, die voneinander beabstandet sind.
So sind vorteilhaft zwischen den Leitschaufelsegmenten der Leitschaufeln mindestens ein Pfad vorgesehen zur Luftströmung zwischen der Unterseite und der Oberseite einer Leitschaufel.
Mittels diesem Pfaden bzw. Strömungsdurchführungen, zwischen den nicht rotierenden Leitschaufeln ist ein Druckausgleich zwischen Ober- und Unterseite gegeben. Dadurch ist eine Luftmasse von der Oberseite der Leitschaufel auf die Unterseite abführbar. Es stellt sich eine Strömungsrichtung von der Oberseite auf die Unterseite ein. Dieser Effekt wirkt sich positiv auf eine Strömungsablösung auf der Oberseite aus.
Pfade gebildet durch Öffnungen zur Durchführung der Strömung. Die Form kann auch abhängig vom Profil der Leitschaufel sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Form der Öffnung sichelförmig.
Vorteilhaft besteht eine Leitschaufel aus zwei, drei oder mehr Leitschaufelsegmenten, die in Längsrichtung der Leitschaufel aufeinanderfolgend angeordnet sind. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Strömungsdurchführung in Längsrichtung der Leitschaufel angeordnet ist, an welcher zuvor eine Ablösung aufgetreten ist.
Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn die aus den Leitschaufelsegmenten zusammengesetzte Leitschaufel ein Strömungsprofil ausbildet. Dies fördert die Luftbeschleunigung bei der radialen Durchströmung der Luft durch das Verdichterrad.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Luftauslass in einer zur axialen Richtung senkrechten Richtung ausgerichtet ist. Dadurch wird die kinetische Energie der Luft am wenigsten beeinflusst. Bevorzugt ist der Luftauslass in einer zur Umfangsrichtung des Spiralgehäuses tangentialen Richtung ausgerichtet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verdichters, und
2 eine Detaildarstellung von Leitschaufeln des Verdichters nach 1.

Die 1 zeigt einen Verdichter 1 für einen Turbolader, insbesondere für einen Turbolader eines Kraftfahrzeugs.
Der Verdichter 1 weist ein Spiralgehäuse 2 mit einem Lufteinlass 3 und mit einem Luftauslass 4 auf. Dabei ist der Lufteinlass 3 an einer Seitenfläche des Spiralgehäuses 2 angeordnet, so dass die Luft durch den Lufteinlass 3 in axialer Richtung in Bezug auf ein im Spiralgehäuse angeordnetes Verdichterrad 5 ausgerichtet ist. Die Luft strömt in einer axialen Richtung durch den Lufteinlass 3 in das Spiralgehäuse 2 ein, durchströmt das im Spiralgehäuse 2 angeordnete Verdichterrad 5 im Wesentlichen in radialer Richtung. Die Richtung der Lufteinströmung durch den Lufteinlass 3 steht damit in 1 senkrecht auf der Zeichenebene. Die Richtung des Lufteinlasses 3 wird damit als die Richtung der Luftströmung durch den Lufteinlass 3 definiert.
Nach dem Durchströmen des Verdichterrads 5 wird die Luft von dem Spiralgehäuse 2 zu dem Luftauslass 4 geführt.
Der Luftauslass 4 ist in einer zur axialen Richtung senkrechten Richtung ausgerichtet. Die Richtung des Luftauslasses 4 wird damit als die Richtung der Luftströmung durch den Luftauslass 4 definiert. Damit liegt die Richtung der Luftströmung aus dem Luftauslass 4 in der Zeichenebene. Aus 1 ist auch zu erkennen, dass der Luftauslass 4 in einer zur Umfangsrichtung des Spiralgehäuses 2 tangentialen Richtung ausgerichtet ist.
In 1 und auch in 2 ist zu erkennen, dass das Verdichterrad 5 eine Vielzahl gekrümmter Leitschaufeln 6 aufweist, die über den Umfang des Verdichterrads 5 verteilt angeordnet sind. Durch die angetriebene Drehung des Verdichterrads 5 treiben die Leitschaufeln 6 die Luftströmung an und beschleunigen die Luft im Verdichter 1.
In den 1 und 2 ist weiterhin zu erkennen, dass die Leitschaufeln 6 mehrteilig ausgebildet sind und sich durch Leitschaufelsegmente 7, 8, 9 (Strömungsdurchführung) zusammensetzen, die voneinander beabstandet sind. Zwischen den Leitschaufelsegmenten 7, 8, 9 der Leitschaufeln 6 sind Pfade 10 vorgesehen, die zur Luftströmung durch die Pfade 10 zwischen der Oberrseite 11 und der Unterseite 12 einer Leitschaufel 6 vorgesehen sind.
Durch die Strömungsdurchführung verhält es sich so, dass die Strömung von der Oberseite 12 des Flügelprofils der Leitschaufeln 6 auf die Unterseite 11 geführt wird, weshalb sich die in der 2 dargestellte Form der Strömungsdurchführung als die Vorteilhafteste darstellt. Betrachtet man einen Totaldruck, ist offensichtlich, dass aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit auf der Unterseite 11 der statische Druck abnimmt, sodass der statische Druck auf der Oberseite 12 im Verhältnis höher ist. Durch die bspw. sichelförmige Ausbildung der Öffnung an mindestens einem der Leitschaufelsegmente 7, 8, 9 (Strömungsdurchführung) zwischen den nicht rotierenden Leitschaufeln 6 ist ein Druckausgleich gegeben. Dieser wiederum wirkt sich positiv auf die Strömungsablösung auf der Oberseite 12 aus.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Leitschaufelsegmente 7, 8, 9 pro Leitschaufel 6 dargestellt. Es können auch nur zwei Leitschaufelsegmente 7, 8 oder mehr als drei Leitschaufelsegmente pro Leitschaufel vorgesehen sein.
Auch ist in 2 zu erkennen, dass die aus den Leitschaufelsegmenten 7, 8, 9 zusammengesetzte Leitschaufel 6 ein Strömungsprofil ausbildet.
Bezugszeichenliste

1: Verdichter
2: Spiralgehäuse
3: Lufteinlass
4: Luftauslass
5: Verdichterrad
6: Leitschaufel
7: Leitschaufelsegment
8: Leitschaufelsegment
9: Leitschaufelsegment
10: Pfad
11: Unterseite
12: Oberseite

Claims

Verdichter (1), mit einem Spiralgehäuse (2) mit einem Lufteinlass (3) und mit einem Luftauslass (4), wobei in dem Spiralgehäuse (2) ein Verdichterrad (5) angeordnet ist, wobei der Lufteinlass (3) in axialer Richtung in Bezug auf das Verdichterrad (5) ausgerichtet ist und die in das Spiralgehäuse (2) axial eintretende Luft das Verdichterrad (5) in radialer Richtung durchströmt und danach von dem Spiralgehäuse (2) zu dem Luftauslass (4) geführt wird, wobei das Verdichterrad (5) eine Vielzahl gekrümmter Leitschaufeln (6) aufweist, die über den Umfang des Verdichterrads (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (6) mehrteilig ausgebildet sind und sich durch Leitschaufelsegmente (7, 8, 9) zusammensetzen, die voneinander beabstandet sind.
Verdichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Leitschaufelsegmenten (7, 8, 9) der Leitschaufeln (6) Pfade (10) vorgesehen sind zur Luftströmung zwischen der Oberseite (11) und der Unterseite (12) einer Leitschaufel (6).
Verdichter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitschaufel (6) aus zwei, drei oder mehr Leitschaufelsegmenten (7, 8, 9) besteht.
Verdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Leitschaufelsegmenten (7, 8, 9) zusammengesetzte Leitschaufel (6) ein Strömungsprofil ausbildet.
Verdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftauslass (4) in einer zur axialen Richtung senkrechten Richtung ausgerichtet ist.
Verdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftauslass (4) in einer zur Umfangsrichtung des Spiralgehäuses (2) tangentialen Richtung ausgerichtet ist.
Kraftfahrzeug aufweisend eine Brennkraftmaschine und ein Verdichter (1), wobei der Verdichter (1), mit einem Spiralgehäuse (2) mit einem Lufteinlass (3) und mit einem Luftauslass (4), wobei in dem Spiralgehäuse (2) ein Verdichterrad (5) angeordnet ist, wobei der Lufteinlass (3) in axialer Richtung in Bezug auf das Verdichterrad (5) ausgerichtet ist und die in das Spiralgehäuse (2) axial eintretende Luft das Verdichterrad (5) in radialer Richtung durchströmt und danach von dem Spiralgehäuse (2) zu dem Luftauslass (4) geführt wird, wobei das Verdichterrad (5) eine Vielzahl gekrümmter Leitschaufeln (6) aufweist, die über den Umfang des Verdichterrads (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (6) mehrteilig ausgebildet sind und sich durch Leitschaufelsegmente (7, 8, 9) zusammensetzen, die voneinander beabstandet sind.