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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdichtervorrichtung, insbesondere eines Turboladers einer Brennkraftmaschine. Ferner betrifft die Erfindung einen Turbolader mit einer Verdichtervorrichtung sowie eine Brennkraftmaschine mit einem derartigen Turbolader.
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Übliche Turbolader weisen einen Verdichter auf, an dem saugseitig ein als Saugrohr ausgebildeter Zuführkanal für zu verdichtende Ladeluft sowie druckseitig ein als Druckrohr ausgebildeter Druckkanal für die verdichtete Luft angeschlossen ist. Aus dem Stand der Technik sind insbesondere Turbolader bekannt, bei deren Verdichtern ein so genanntes Schubumluftventil vorgesehen ist. Das Schubumluftventil, welches eingerichtet ist, einen Bypasskanal zwischen dem Druckkanal und dem Zuführkanal freizugeben und zu schließen, dient zum Druckausgleich und zur Vermeidung von Druckpulsationsschwankungen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Betriebsweise einer Verdichtervorrichtung mit Schubumluftventil zu verbessern.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Verdichtervorrichtung, insbesondere eine Verdichtervorrichtung eines Turboladers einer Brennkraftmaschine, mit der Merkmalskombination des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung zum Inhalt.
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Die Verdichtervorrichtung umfasst einen Verdichter und ein Schubumluftventil. Das Schubumluftventil ist eingerichtet, einen Bypasskanal zwischen einem Niederdruckbereich der Verdichtervorrichtung und einem Hochdruckbereich der Verdichtervorrichtung freizugeben und zu schließen. Dabei weist der Hochdruckbereich der Verdichtervorrichtung eine längliche Öffnung auf, über die der Hochdruckbereich mit einem Schubumluftkanal kommuniziert, welcher ein Abschnitt des Bypasskanals ist. Insbesondere mündet die längliche Öffnung in den Schubumluftkanal. Der Schubumluftkanal ist in Strömungsrichtung vom Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich vor dem Schubumluftventil angeordnet.
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Durch die längliche Form der Öffnung können Verwirbelungen nach der Abnahmestelle des verdichteten Mediums, insbesondere Luft, aus dem Hochdruckbereich vermieden werden. Ferner wird ein laminarer oder nahezu laminarer Luftstrom durch die längliche Öffnung nicht gestört. Bei geschlossenem Schubumluftventil kann somit das verdichtete Medium über die längliche Öffnung ungestört strömen, wodurch auch akustische Auffälligkeiten vermieden werden können. Insbesondere wird beim geschlossenen Schubumluftventil ein oszillierendes Ein- und Ausströmen des verdichteten Mediums in den Schubumluftkanal verhindert. Außerdem wird beim geöffneten Schubumluftventil durch das Vorsehen der länglichen Öffnung der Druckabbau beim Lastabwurf nicht verhindert.
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Im Rahmen der Erfindung bedeutet „länglich“ insbesondere, dass die Länge der Öffnung mindestens doppelt so groß wie die Breite der Öffnung ist. Somit sind kreisförmige bzw. nahezu kreisförmige oder quadratische Öffnungen für die längliche Öffnung gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ausgeschlossen.
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Besonders bevorzugt ist die Öffnung als Schlitz ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung wird als Schlitz eine längliche Öffnung verstanden, die insbesondere ein Verhältnis von Länge zu Breite von mindestens 10, bevorzugt von mindestens 12, aufweist. Die Länge ist dabei insbesondere das größte Maß des Schlitzes, wobei die Länge zusammen mit der Breite den Schlitz bzw. eine Querschnittsfläche des Schlitzes definieren.
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Der Hochdruckbereich der Verdichtervorrichtung umfasst vorzugsweise einen Ladeluftkanal zwischen einer Spirale des Verdichters und einer Schnittstelle zum Anschließen einer Ladeluftleitung. Die Spirale des Verdichters wird insbesondere auch als Spiralgehäuse bezeichnet. Mit anderen Worten ist die längliche Öffnung in vorteilhafter Weise in einem Ladeluftkanal, insbesondere Rohr, ausgebildet, welches sich von der Spirale bis zu einer Schnittstelle zum Anschließen einer Ladeluftleitung erstreckt. Die Ladeluftleitung ist insbesondere die Leitung, über die die verdichtete Luft in Richtung zu den Zylindern der Brennkraftmaschine führbar ist. Dabei ist die Schnittstelle zum Anschließen der Ladeluftleitung Teil des Ladeluftkanals, insbesondere Rohrs.
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Bevorzugt ist die längliche Öffnung so weit wie möglich von einem Anfangsbereich (auch: „Zunge“) der Spirale entfernt angeordnet. Der Anfangsbereich der Spirale ist der Bereich, mit dem ein Anfang des Ladeluftkanals, welcher die Schnittstelle zum Anschließen der Ladeluftleitung aufweist, verbunden ist. Die Schnittstelle zum Anschließen der Ladeluftleitung ist im Rahmen der Erfindung als ein Ende des Ladeluftkanals zu verstehen.
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Vorzugsweise ist eine Querschnittsfläche der länglichen Öffnung gleich groß wie eine Querschnittsfläche eines Ventilsitzes des Schubumluftventils. Wobei auch Abweichungen von +/- 10% der Flächen als „gleich groß“ angesehen werden.
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Vorzugsweise beträgt die Querschnittsfläche der länglichen Öffnung 250 mm2 bis 350 mm2 .
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Bevorzugt beträgt die Breite der längliche Öffnung 4 mm bis 6 mm.
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Insbesondere wird die Querschnittsfläche der länglichen Öffnung durch die Länge und die Breite der Öffnung definiert. Die Länge der Öffnung ist insbesondere das größte Maß der Öffnung. Die Breite steht insbesondere senkrecht zur Länge. Die Querschnittsfläche der länglichen Öffnung steht insbesondere senkrecht oder im Wesentlichen senkrechten zur Strömungsrichtung der Luft durch die längliche Öffnung. Das Maß der länglichen Öffnung in Strömungsrichtung der Luft wird im Rahmen der Erfindung als Tiefe der länglichen Öffnung bezeichnet.
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Soweit nicht andere beschrieben ist, beziehen sich die Größenangeben bzw. Größenverhältnisse der Öffnung stets auf die größten Werte; also beispielsweise die größte Länge oder die größte Breite.
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Vorzugsweise ist eine Breite der länglichen Öffnung an einem ersten Ende der Öffnung und/oder an einem zweiten Ende der Öffnung kleiner als eine Breite der Öffnung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende. Das erste Ende und das zweite Ende sind insbesondere mit Bezug auf die Längsachse der länglichen Öffnung definiert.
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Insbesondere ist eine Breite der länglichen Öffnung in der Mitte der Öffnung maximal. Mit anderen Worten ist bevorzugt eine Breite der länglichen Öffnung in der Mitte der Länge der Öffnung maximal.
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Vorzugsweise steigt die Breite der länglichen Öffnung vom ersten Ende in Richtung zu einem Maximum kontinuierlich an. Entsprechend steigt die Breite der länglichen Öffnung vom zweiten Ende in Richtung zu dem Maximum kontinuierlich an.
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Bevorzugt erstreckt sich die längliche Öffnung mit ihrer Länge in einer zu einer Längsachse des Schubumluftkanals parallelen Richtung. Die Längsachse des Schubumluftkanals entspricht insbesondere einer Strömungsrichtung der Luft im Schubumluftkanal.
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Vorzugsweise weist die längliche Öffnung eine Fase auf. Die Fase erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Länge der Öffnung. Durch die Fase, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere auch als Fangfase oder Einströmfase bezeichnet werden kann, kann eine Druckwelle, die bei einem Lastabwurf entsteht, abgeleitet werden.
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Das Schubumluftventil ist insbesondere im Verdichter integriert. Das heißt, dass das Schubumluftventil in vorteilhafter Weise am Spiralgehäuse des Verdichters angeordnet ist. Dafür weist das Spiralgehäuse eine Schnittstelle auf, an der das Schubumluftventil angeschlossen ist. Insbesondere ist das Schubumluftventil am Spiralgehäuse des Verdichters derart angeordnet, dass eine Bewegungsrichtung eines Ventilelements des Schubumluftventils parallel oder im Wesentlichen parallel zur Längsachse der länglichen Öffnung ist.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Turbolader, der eine zuvor beschriebene Verdichtervorrichtung umfasst.
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Ferner bezieht sich die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit dem Turbolader.
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Es wird außerdem ein Fahrzeug mit einer derartigen Brennkraftmaschine vorgeschlagen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, die einen erfindungsgemäßen Turbolader mit einer Verdichtervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst,
- 2 eine erste schematische Schnittansicht eines Bereichs der Verdichtervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3 eine zweite schematische Schnittansicht eines Bereichs der Verdichtervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß dem in 2 gekennzeichneten Schnitt A-A,
- 4 eine dritte schematische Schnittansicht eines Bereichs der Verdichtervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 5 eine vierte schematische Schnittansicht eines Bereichs der Verdichtervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 6 eine fünfte schematische Schnittansicht eines Bereichs der Verdichtervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 7 eine schematische perspektivische Ansicht eines Bereichs der Verdichtervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 eine erfindungsgemäße Verdichtervorrichtung 1 eines Turboladers 100 einer Brennkraftmaschine 200 im Detail beschrieben.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 300, in welchem die Brennkraftmaschine 200 angeordnet ist.
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Die Brennkraftmaschine 200 umfasst neben dem Turbolader 100 eine Reinluftleitung 201, eine Ladeluftleitung 202, einen Ladeluftkühler 203, eine Drosselklappe 204, ein Saugrohr 205, eine Mehrzahl von Zylindern 206 und ein Absaugrohr 207.
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Über die Reinluftleitung 201 wird der Verdichtervorrichtung 1 Luft von außen zugeführt. Die Luft wird durch die Verdichtervorrichtung 1 verdichtet und über die Ladeluftleitung 202, in der der Ladeluftkühler 203 und die Drosselklappe 204 angeordnet sind, zum Saugrohr 205 geführt. Von dort kann die Luft in die Zylinder 206 der Brennkraftmaschine 200 gelangen.
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An den Zylindern 206 der Brennkraftmaschine 200 ist ein Abgasrohr 207 angeschlossen, über das das Abgas, das in den Brennräumen der Zylinder 206 durch die Verbrennung des Kraftstoffs entsteht, einer Turbine des Turboladers 100 zugeführt wird.
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Wie insbesondere aus 2 und 5 ersichtlich ist, umfasst die Verdichtervorrichtung 1 einen Verdichter 2 und ein Schubumluftventil 3, welches im Verdichter 2 integriert ist. Insbesondere ist das Schubumluftventil 3 an einer Spirale 20 (auch: Spiralgehäuse) des Verdichters 2 angeordnet. Dafür weist die Spirale 20 eine Schnittstelle 21 auf, an der das Schubumluftventil 3 angeschlossen ist.
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Das Schubumluftventil 3 hat die Aufgabe, den Druck, der sich hinter dem Turbolader 100 zur Drosselklappe 204 hin aufbaut, im Falle eines Schubbetriebes abzubauen. Zum Druckabbau öffnet sich das Schubumluftventil 3 und leitet den Überdruck zwischen der Verdichtervorrichtung 1 und der Drosselklappe 204 in den Niederdruckbereich 5 der Verdichtervorrichtung 1 zurück.
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Dazu ist das Schubumluftventil 3 eingerichtet, einen Bypasskanal 4 zwischen einem Niederdruckbereich 5 und einem Hochdruckbereich 6 der Verdichtervorrichtung 1 freizugeben und zu schließen.
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Insbesondere umfasst der Bypasskanal 4 einen Schubumluftkanal 40. Wie sich aus 2 und 5 ergibt, ist der Schubumluftkanal 40 in Strömungsrichtung 400 vom Hochdruckbereich 6 zum Niederdruckbereich 5 vor dem Schubumluftventil 3 angeordnet. Somit kann der Schubumluftkanal 40 auch als Vorraum des Schubumluftventils 3 bezeichnet werden. Der Schubumluftkanal 40 ist ferner in den Schnittdarstellungen von 3, 4 und 7 zu sehen.
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Der Hochdruckbereich 6 umfasst insbesondere einen Ladeluftkanal 60, wobei der Niederdruckbereich 5 einen Reinluftkanal 50 aufweist. Der Ladeluftkanal 60 ist insbesondere in 2, 3, 6 und 7 dargestellt. Der Reinluftkanal 50, der in 2 gezeigt ist, weist eine Schnittstelle 51 zum Anschließen der Reinluftleitung 201 aus 1 auf.
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Aus 2 ist ersichtlich, dass der Ladeluftkanal 60 zwischen der Spirale 20 des Verdichters 2 und einer Schnittstelle zum Anschließen der Ladeluftleitung 202 aus 1 angeordnet ist. Die Schnittstelle zum Anschließen der Ladeluftleitung 202, die auch als das Ende des Ladeluftkanals 60 bezeichnet werden kann, ergibt sich bei imaginärer Verlängerung des Ladeluftkanal 60 in 2 aus der Blattebene heraus.
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Wie 2 bis 4, 6 und 7 zu entnehmen ist, weist der Ladeluftkanal 60 eine längliche Öffnung 7 auf, über die der Ladeluftkanal 60 mit dem Schubumluftkanal 40 kommuniziert. Insbesondere mündet die längliche Öffnung 7 in den Schubumluftkanal 40.
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Insbesondere ist die längliche Öffnung 7 als Schlitz ausgebildet. Dabei beträgt ein Verhältnis der Länge zur Breite der länglichen Öffnung 7 mindestens 10, bevorzugt mindestens 12.
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Ferner ist eine Querschnittsfläche der Öffnung 7 gleich groß wie eine Querschnittsfläche eines Ventilsitzes 30 (2) des Schubumluftventils 3.
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Weiterhin beträgt die Querschnittsfläche der Öffnung 7 vorzugsweise 250 mm2 bis 350 mm2, wobei die Breite der Öffnung 4 mm bis 6 mm beträgt.
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Wie sich aus 7 ferner ergibt, ist eine Breite 401 der Öffnung 7 an einem ersten Ende 71 und an einem zweiten Ende 72 kleiner als eine Breite 402 der Öffnung 7 zwischen dem ersten Ende 71 und dem zweiten Ende 72 ist. Insbesondere ist die Breite 402 in der Mitte der Länge 403 der Öffnung 7 maximal.
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Des Weiteren steigt die Breite der Öffnung 7 vom ersten Ende 71 bis zur Mitte der Länge 403 der Öffnung 7 kontinuierlich an. Entsprechend steigt die Breite der Öffnung 7 vom zweiten Ende 72 in Richtung bis zur Mitte der Länge 403 der Öffnung kontinuierlich an.
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Es ist aus 7 ferner ersichtlich, dass sich die längliche Öffnung 7 in einer zu einer Längsachse 404 des Schubumluftkanals 40 parallelen Achse 405 erstreckt. Die Längsachse 404 des Schubumluftkanals 40 verläuft insbesondere in Strömungsrichtung der Luft im Schubumluftkanal 40.
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Ferner weist die Öffnung 7 eine Fase 70 auf. Die Fase 70 erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Länge 403 der Öffnung 7 und dient insbesondere dazu, die Einströmung der Luft in den Schubumluftkanal 40 zu unterstützen, wenn das Schubumluftventil 3 geöffnet wird.
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Insbesondere ist das Schubumluftventil 3 an der Spirale 20 des Verdichters 2 derart angeordnet, dass eine Bewegungsrichtung 406 eines Ventilelements des Schubumluftventils 40 parallel zur Längsachse 405 der Öffnung 7 ist.
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Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 7 Bezug genommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verdichtervorrichtung
- 2
- Verdichter
- 3
- Schubumluftventil
- 4
- Bypasskanal
- 5
- Niederdruckbereich
- 6
- Hochdruckbereich
- 7
- längliche Öffnung
- 20
- Spirale
- 21
- Schnittstelle
- 30
- Ventilsitz
- 50
- Reinluftkanal
- 51
- Schnittstelle
- 60
- Ladeluftkanal
- 70
- Fase
- 71
- erstes Ende
- 72
- zweites Ende
- 100
- Turbolader
- 200
- Brennkraftmaschine
- 201
- Reinluftleitung
- 202
- Ladeluftleitung
- 203
- Ladeluftkühler
- 204
- Drosselklappe
- 205
- Saugrohr
- 206
- Zylinder
- 207
- Abgasrohr
- 300
- Fahrzeug
- 400
- Strömungsrichtung
- 401
- Breite
- 402
- Breite
- 403
- Länge
- 404
- Längsachse
- 405
- Achse
- 406
- Bewegungsrichtung
