WO2016169635A1 - Verdichter für einen abgasturbolader - Google Patents
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- WO2016169635A1 WO2016169635A1 PCT/EP2016/000563 EP2016000563W WO2016169635A1 WO 2016169635 A1 WO2016169635 A1 WO 2016169635A1 EP 2016000563 W EP2016000563 W EP 2016000563W WO 2016169635 A1 WO2016169635 A1 WO 2016169635A1
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- F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
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Definitions
- the invention relates to a compressor for an exhaust gas turbocharger, in particular for an internal combustion engine, according to the preamble of patent claim 1.
- Such a compressor for an exhaust gas turbocharger in particular one
- the compressor has a compressor housing and a compressor wheel accommodated in the compressor housing, which is rotatable about an axis of rotation relative to the compressor housing.
- air which is supplied, for example, to the internal combustion engine, is to be compressed.
- the air during operation of the compressor by means of the
- the compressor further comprises an adjusting device, which is arranged in the flow direction of the air through the compressor downstream of the compressor wheel.
- the adjusting device is movable relative to the compressor housing in the axial direction between a first position and at least a second position.
- Compressor wheel compressed air varies, that is to be set variably.
- JP 07063198 A discloses a compressor having a compressor wheel, a compressor housing, and an actuator disposed downstream of the compressor wheel, which are relative to the compressor housing in the axial direction of the compressor
- the compressor wheel is movable.
- the actuating device has a limited in the axial direction by respective wall portions of the actuator first flow channel. Furthermore, the adjusting device has at least one second flow channel bounded in the axial direction by respective wall regions of the adjusting device, which in the axial direction of the compressor
- the at least two flow channels of the adjusting device are arranged successively in the axial direction.
- the second flow channel is separated from the first flow channel in the axial direction.
- This axial separation of the flow channels takes place, for example, by at least one of the wall regions, which is therefore arranged in the axial direction between the first flow channel and the second flow channel and thus, for example, represents a partition, by means of which the flow channels are separated from each other in the axial direction.
- the first flow channel is the air flowing from the compressor wheel and compressed by means of the compressor wheel
- the second flow channel is the air flowing from the compressor wheel and compressed by means of the compressor wheel
- the second flow channel in the first position is not flowed through by the compressed air by means of the compressor or flowed through, wherein the first flow channel in the second position is not flowed through by the compressor of the flow and compressed by the compressor impeller air is or - during operation of the compressor - is flowed through. Due to the axial and in particular translational mobility of the actuating device relative to the compressor housing and relative to the compressor, the flow channels are so to speak interchangeable in the axial direction, so that preferably - in the first position - either the first
- Flow channel or - in the second position - the second flow channel is flowed through by the effluent from the compressor and compressed by the compressor impeller air.
- the compressor is used for example in an internal combustion engine which is supplied with compressed air by means of the compressor, then by means of the compressor according to the invention in comparison to conventional compressors
- the first flow channel is preferably in one of the air flowing away from the compressor wheel and compressed by means of the compressor wheel
- the second flow channel is preferably arranged in the first position outside or adjacent to the flow path, so that the second flow channel is not flowed through in the first position of the compressed air. Accordingly, it is further preferably provided that the second flow channel is arranged in the second position in the flow path, so that the second flow channel is flowed through in the second position of the compressed air.
- the first flow channel is arranged in the second position next to or outside the flow path, so that the first flow channel is not flowed through by the compressed air in the second position.
- a particularly advantageous embodiment of the invention is characterized in that the compressor housing has at least one in the radial direction of the compressed air by means of the compressor compressed air channel, wherein the first flow channel in the first position in registration with the channel and in the second position without coverage the channel is arranged.
- the compressor housing has at least one in the radial direction of the compressed air by means of the compressor compressed air channel, wherein the first flow channel in the first position in registration with the channel and in the second position without coverage the channel is arranged.
- the second flow channel is arranged in the second position in register with the channel and in the first position without coverage to the channel.
- the air compressed by the compressor wheel and flowing away from the compressor wheel can flow through the channel and the second flow channel arranged in overlap with the channel in the second position, but not through the first flow channel, since the first flow channel is adjacent or outside the flow path and thus is not arranged in coincidence with the channel of the compressor housing.
- the compressor is preferably designed as a radial compressor, so that the air during operation of the compressor, the compressor at least substantially flows in the axial direction, is deflected by the compressor in the radial direction and finally the compressor wheel flows at least substantially in the radial direction.
- the air can flow in the radial direction through the possibly provided channel of the compressor housing and - in the first position - through the first flow channel or - in the second position of the adjusting device - through the second flow channel.
- the first flow channel, the second flow channel and the optional channel of the compressor housing parts of a diffuser through which the air flows in the radial direction.
- the diffuser is thus a radial diffuser of the compressor, which expands, for example, in the radial direction to the outside, that is away from the compressor.
- the radial diffuser one of the compacted by means of the compressor wheel and of the Compressor has flowing air flowing through and in the radial direction outwardly expanding flow cross-section.
- the first flow channel in the second position and the second flow channel are received in the first position in a respective receptacle of the compressor housing.
- the respective receptacle is, for example, a recess or recess in which the respective flow channel is received in the first position or the second position
- Wall region of the compressor housing is at least substantially fluidly blocked. This allows unwanted currents of air through the respective
- Flow channel can be avoided, so that a particularly high efficiency of the compressor can be realized.
- a further embodiment is characterized in that the flow channels differ from one another in their respective flow cross-section through which the air can flow.
- one of the flow channels has a larger flow cross-section through which the air can flow than the other flow channel.
- the adjusting device has respective, arranged in the flow channels guide elements for guiding the air flowing through the respective flow channel.
- first guide elements for guiding the air are arranged in the first flow channel, wherein second guide elements for guiding the air are arranged in the second flow channel.
- the guide elements are designed, for example, as guide vanes, which can be immovable relative to the wall regions of the actuating device.
- the guide elements arranged in the flow channels are movable relative to the wall regions, in particular
- the guide elements arranged in the first flow channel differ from the guide elements arranged in the second flow channel in their respective geometry for guiding the air.
- the guide elements arranged in the first flow channel have a different course, in particular a different curvature and / or a different, outer peripheral side geometry, than the guide elements arranged in the second flow channel.
- spring element by means of which the adjusting device is supported on the compressor housing, wherein the spring element under pressure of the adjusting device with a spring force by means of which the adjusting device is movable from one of the positions to the other position, stretched in the one position stronger than in the other position is.
- Fuel-efficient operation of the internal combustion engine can be realized.
- the spring element is still somewhat tensioned in the other position, so that the adjusting device is acted upon by means of the spring element with a spring force, by means of which the adjusting device can be securely held in the other position. If, for example, the adjusting device moves from the other position into the one position, the spring element is thereby tensioned. Thus, the adjusting device is acted upon by means of the tensioned spring element in the one position with a spring force.
- the adjusting device is held against the Federkraftbeaufschung in one position. For this purpose, for example, a force is exerted on the adjusting device. If this exercise of force ends, for example, the spring element can relax and thereby move the adjusting device from one position to the other position, in particular push or pull. In this way, a particularly simple and inexpensive movement of the adjusting device can be realized.
- the compressor housing has at least one supply channel via which the adjusting device can be acted upon by moving the adjusting device from the other position into the one position and under tensioning of the spring element with a medium, in particular a liquid or a gas is.
- the adjusting device is hydraulically or pneumatically actuated, for example. In order to move the adjusting device from the other position into the one position, the adjusting device is acted upon via the supply channel with the medium. Since the adjusting device is supported or supported by the spring element on the compressor housing, the spring element is tensioned when the adjusting device is moved by means of the medium from the other position into the one position.
- the invention also includes an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, with a compressor according to the invention.
- an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine in particular a motor vehicle
- a compressor according to the invention.
- the internal combustion engine can be supplied with compressed air, so that a particularly efficient and fuel-efficient operation of the
- FIG. 1 shows a detail of a schematic longitudinal sectional view of a compressor according to a first embodiment of an exhaust gas turbocharger, with a compressor housing and with an axially movable relative to the compressor housing actuating device, which has at least two axially juxtaposed and in the axial direction separate flow channels which, if necessary, can be flowed through by compressed air;
- FIG. 3 shows a detail of a schematic longitudinal sectional view of the compressor according to a second embodiment
- Fig. 4 is a schematic sectional view of the compressor according to the second
- Fig. 5 is a schematic sectional view of the compressor according to the second
- FIG. 6 shows a detail of a further sectional view of the compressor according to the second embodiment.
- identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
- FIG. 1 and 2 each show in a schematic longitudinal sectional view of a designated as a whole with 10 compressor according to a first embodiment of a
- Exhaust gas turbocharger in particular an internal combustion engine.
- Internal combustion engine is used for example for driving a motor vehicle, in particular a passenger car, and is designed for example as a reciprocating internal combustion engine.
- the internal combustion engine points
- At least one combustion chamber in particular in the form of a cylinder, on which air and fuel, in particular liquid fuel, is supplied.
- the internal combustion engine has an air intake through which the internal combustion engine draws air during its operation. By means of the intake tract, the air is guided into the combustion chamber. From the combustion chamber supplied air and the combustion chamber supplied fuel results in a fuel-air mixture, which is ignited and thereby burned to form exhaust gas.
- the internal combustion engine also has an exhaust tract through which the exhaust gas can flow. By means of the exhaust gas thus the exhaust gas is discharged from the combustion chamber.
- the exhaust gas turbocharger comprises the compressor 10 and a turbine, not shown in FIGS. 1 and 2, which is arranged in the exhaust gas tract and can therefore be driven by the exhaust gas.
- the turbine comprises a turbine housing and a in the
- Turbine housing received turbine wheel, which is rotatable about an axis of rotation relative to the turbine housing and driven by the exhaust gas.
- the turbine wheel is part of a rotor, which also includes a shaft.
- the turbine wheel is rotatably connected to the shaft.
- the compressor 10 is arranged in the intake tract and serves for compressing the air flowing through the intake tract.
- the compressor 10 has a compressor housing 12, in which a compressor wheel 14 is accommodated.
- the compressor wheel 14 is part of said rotor whose shaft is also rotatably connected to the compressor wheel 14.
- the compressor wheel 14 can be driven by the turbine wheel via the shaft.
- the compressor 10 is designed as a radial compressor, so that the means of the compressor 14 to be compressed air the
- Compressor 14 flows at least substantially in the axial direction via an inlet region 16 during operation of the compressor 10.
- the compressor 10 has a map stabilizing measure (KSM).
- KSM map stabilizing measure
- This map-stabilizing measure comprises at least one recirculation channel 18, which has an inlet opening 20.
- the inlet opening 20 is formed as an annular opening or annular channel.
- the air flowing at least substantially in the axial direction of the compressor wheel 14 is deflected and compressed in the radial direction by means of the compressor wheel 14, wherein the air compressed by the compressor wheel 14 flows off the compressor wheel 14 via an exit region 22 which can be seen in FIG.
- the inlet opening 20 is arranged downstream of the inlet region 16 and upstream of the outlet region 22 in the direction of flow of the air through the compressor 10, so that the air flows into the inlet 20 at a location between the inlet region 16 and the outlet region 22 and flows through the inlet 20 can.
- the air flowing into the inlet opening 20 and the inlet opening 20 can flow out of the inlet opening 20 and flow in via the inlet opening 20 into the recirculation channel 18, since the
- Inlet opening 20 opens into the recirculation channel 18. By means of the recirculation channel 18, the air flowing through the recirculation channel 18 is conducted back to the inlet region 16. In other words, the inlet opening 20 and the
- Inlet area 16 circulate.
- the compressor 10 further comprises a generally designated 24 actuating device, which in the flow direction of the air through the compressor 10 downstream of the
- Compressor 14 is arranged and in the axial direction relative to the compressor housing 12 is translationally movable.
- the adjusting device 24 between a first position and at least a second position relative to the compressor housing 12 in the axial direction translationally movable.
- This translational mobility of the adjusting device 24 is illustrated in FIG. 2 by a double arrow 26.
- a directional arrow 27 is illustrated in FIG. 2, which illustrates the flow of air through the compressor 10 and thus the flow direction of the air flowing through the compressor 10.
- the compressor wheel 14 initially at least substantially in the axial direction, is deflected by the compressor wheel 14 in the radial direction and finally the compressor wheel 14 flows at least substantially in the radial direction.
- the adjusting device 24 has a first flow channel 32 delimited by respective wall regions 28 and 30 of the adjusting device 24 in the axial direction and an axial direction bounded by respective wall regions 34 and 36 of the actuating device 24 , second flow channel 38.
- the flow channels 32 and 38 are arranged side by side or sequentially in the axial direction and separated from each other in the axial direction.
- the adjusting device 24 has a wall 40 arranged in the axial direction between the flow channels 32 and 38, through which wall regions 30 and 34 are formed. The wall 40 is thus a partition by means of which the flow channels 32 and 38 in the axial
- the wall region 28 is formed by a further wall 42 of the adjusting device 24, wherein the wall 42 is spaced in the axial direction of the wall 40.
- the adjusting device 24 has a wall 44 through which the wall region 36 is formed.
- the wall 44 is in the axial direction spaced from the wall 40, so that the second flow channel 38 is limited in the axial direction on the one hand by the wall 40 and on the other hand by the wall 44.
- the walls 40, 42 and 44 are interconnected.
- the walls 40, 42 and 44 are integrally formed with each other.
- the walls 40, 42 and 44 are formed by a one-piece body, which is produced for example by casting and thus formed as a cast body.
- Fig. 2 shows the adjusting device 24 in its first position, in which the first
- the second flow channel 38 in the first position is not or less than in the second position of the adjusting device 24 of the means of the compressor 14th
- the second flow channel 38 is compressed in the radial direction by the means of the compressor wheel 14 and from
- Compressor wheel 14 can be flowed through the outflowing air, wherein the first flow channel 32 in the second position is not or less than the first position of the compressed by means of the compressor impeller 14 and flowing out of the compressor 14 air flowing through.
- the compressed air flows through the first flow channel 32 but not through the second flow channel 38.
- the compressed air flows through the second flow channel 38 but not through the first flow channel 32. This means that the second flow channel 38 in the first position or the first flow channel 32 in the second position is not traversed by the air except for any small leakage currents.
- the compressor housing 12 at least one compressed in the radial direction of the means of the compressor wheel 14 and of the
- Compressor 14 has air flowing through channel 46, which in the present case, based on the flow direction of the air downstream of the adjusting device 24 and thus of the respective flow channel 32 and 38 is arranged.
- the first flow channel 32 is in the first position in registration with the channel 46 and in the second position without coverage to the channel 46, that is not in
- the second flow channel 38 is in the second position of the adjusting device 24 in register with the channel 46 and in the first position without cover to the channel 46, that is not in registry with the channel 46, respectively.
- the compressed air in the first position of the adjusting device 24 flows in the radial direction through the first flow channel 32 and through the channel 46, but not through the second, except for any leaks
- the channel 46 opens into a collecting channel 47 of the compressor housing 12th Der
- Collection channel 47 is, for example, a spiral channel, since it is located, for example, in FIG.
- Circumferential direction of the compressor wheel 14 extends over the circumference at least substantially helically.
- the collecting channel 47 By means of the collecting channel 47, the compressed air is collected from the channel 46 and away from the channel 46, for example in the direction of
- the adjusting device 24 thus enables a demand-based, axial switching or exchange between the flow channels 32 and 38, so that the compressed air, if necessary, flows through either the first flow channel 32 or the second flow channel 38 in the radial direction. To the flow through the first flow channel 32 in the second position and the flow through the second
- Compressor housing 12 has two opposing receptacles 48 and 50 in the axial direction. From Fig. 2 it can be seen that the second flow channel 38 is received in the first position in the corresponding receptacle 50, so that the second
- Flow channel 38 is disposed in the first position outside of or in the axial direction adjacent to a flow path through which or along which the compressed air flows.
- the first flow channel 32 is received in the corresponding receptacle 48, so that then the first
- Flow channel 32 is arranged in the axial direction outside of or adjacent to the flow path of the air. From FIG. 2 it can be seen that the respective receptacle 48 or 50 is at least partially delimited by at least one respective wall region 52 or 54 of the compressor housing 12.
- the second flow channel 38 is in the first position in the receptacle 50, the second flow channel 38 is at least substantially fluidly blocked by the wall portion 54, so that - except for any leaks - the second
- Flow channel 38 can not be traversed by air. Accordingly, if the first flow channel 32 is in the second position in the receptacle 48, then the first flow channel 32 is at least substantially fluidly obstructed by means of the wall region 52, so that-except for any leakage flows-no air can flow through the first flow channel 32. In the first position, however, the flow channel 32 is arranged in said flow path, wherein the
- Flow channel 38 is arranged in the second position in said flow path.
- the channel 46 is, for example, part of a diffuser 56 of the compressor 10, in particular of the compressor housing 12.
- the diffuser 56 can be flowed through in the radial direction by the compressed air and is consequently designed as a radial diffuser.
- the diffuser 56 has a permeable by the air
- the first flow channel 32 is part of the diffuser 56 (radial diffuser).
- the second one Flow channel 38 is not part of the diffuser 56.
- the second flow channel 38 is part of the diffuser 56, wherein the first flow channel 32 in the second position is not part of the diffuser 56.
- Compressor 10 and the internal combustion engine fits.
- the flow channels 32 and 38 differ with respect to their respective geometry or with respect to their respective through which air can flow
- first guide elements 58 for guiding the air flowing through the first flow channel 32 are arranged in the first flow channel 32.
- second guide elements 60 for guiding the air flowing through the second flow channel 38 are arranged in the second flow channel 38.
- the respective guide elements 58 differ in their respective geometry, in particular outer peripheral geometry, for directing the air from the respective second guide elements 60. This means, for example, that the air is guided or deflected by means of the guide elements 58 in a different manner than by means of the guide elements 60, whereby flow conditions for the air can be varied.
- respective spacer elements may be arranged in the flow channels 32 and 38, for example in the form of spacer pins, by means of which the walls 40, 42 and 44 are held in the axial direction at a mutual distance.
- the compressor 10 in this case has at least one spring element 62, which is presently arranged in the receptacle 48.
- Adjusting device 24 can be supported via the spring element 62 on the compressor housing 12 in the axial direction.
- the adjusting device 24 is supported via the spring element 62 on the compressor housing 12, since the spring element 62 on the one hand at least indirectly and presently directly on the adjusting device 24, in particular the wall 42, and on the other hand, at least indirectly and in the present case is supported directly on the compressor housing 12 in each case in the axial direction.
- the spring element 62 is preferably somewhat tensioned in the first position shown in FIG. 2, as a result of which the adjusting device 24 is acted upon, in particular via the wall 42, by a spring force which is provided by the still tensioned spring element 62. By means of this spring force, the adjusting device 24 can be securely held in the first position.
- the compressor housing 12 has a supply channel 64 through which a medium, in particular a gas or a liquid, can flow.
- the medium can by means of the supply channel 64 to the adjusting device 24, in particular for
- Wall 44 are guided, so that the adjusting device 24, in particular the wall 44, is acted upon via the supply channel 64 with the medium.
- the medium is on a spring element 62 opposite or opposite side of the adjusting device 24, in particular the wall 44, on the adjusting device 24 and the wall 44, a force exerted, which the aforementioned spring force provided by the spring element 62
- the actuating device 24 is moved by means of this force against the spring force from the first position to the second position, whereby the first flow channel 32 is moved into the receptacle 48 and the second flow channel 38 from the receptacle 50.
- Compressor housing 12 to move, which in the axial direction between the
- Wall 42 and the compressor housing 12 arranged spring element 62 stretched and compressed in the present case.
- spring element 62 stretched and compressed in the present case.
- Actuator 24 acting spring force, which is opposite to the force caused by the medium force.
- the actuator 24 is held in the second position by means of the force caused by the medium. If the medium is removed, for example, from the supply channel 64 and from the receptacle 50, so that the medium exerts no force or a force which is less important than the spring force on the setting device 24, then the spring element 62 can relax. In this case, the adjusting device 24 is moved by means of the spring force 62 provided by the spring force from the second position back to the first position and pressed in the present case. This allows a particularly simple, cost, weight and space-favorable movement of the adjusting device 24 can be realized.
- the adjusting device 24 may have not only two, but three or more, arranged in the axial direction one behind the other flow channels, to which the previous versions of the flow channels 32 and 38 can be readily transferred. This makes it possible to set not only two, but a comparatively higher number of different geometries of the diffuser 56, so that the compressor 10 can be adapted especially to the needs of different operating points. Thus, a particularly high efficiency of the compressor 10 can be realized, so that a particularly efficient and fuel-efficient operation of the internal combustion engine can be realized.
- the compressor housing 12 comprises a first housing part 66 and a second housing part 68, which are formed as separately manufactured components.
- the compressor housing 12 comprises a first housing part 66 and a second housing part 68, which are formed as separately manufactured components.
- Housing parts 66 and 68 connected to each other, for example by means of a clamp not shown in the figures in the form of a V-band clamp.
- the receptacle 48 is arranged in the second housing part 68 or formed by the second housing part 68 and arranged on the bearing housing side.
- the receptacle 50 is arranged in the first housing part 66 or formed by this and thus arranged on the compressor housing side.
- 1 1 first guide elements 58 and 13 second guide elements 60 are provided.
- FIG. 6 shows the compressor 10 according to the second embodiment in a further sectional view.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Verdichter (10) für einen Abgasturbolader, mit einem Verdichtergehäuse (12), mit einem in dem Verdichtergehäuse (12) drehbar aufgenommenen Verdichterrad (14) zum Verdichten von Luft, und mit einer stromab des Verdichterrads (14) angeordneten und relativ zu dem Verdichtergehäuse (12) in axialer Richtung zwischen einer ersten Stellung und wenigstens einer zweiten Stellung bewegbaren Stelleinrichtung (24), wobei die Stelleinrichtung (24) einen in axialer Richtung durch jeweilige Wandungsbereiche (28, 30) der Stelleinrichtung (24) begrenzten und in der ersten Stellung in radialer Richtung von der mittels des Verdichterrads (14) verdichteten Luft durchströmbaren, ersten Strömungskanal (32) und wenigstens einen in axialer Richtung durch jeweilige Wandungsbereiche (34, 36) der Stelleinrichtung (24) begrenzten, in axialer Richtung neben dem ersten Strömungskanal (32) angeordneten, von dem ersten Strömungskanal (32) in axialer Richtung getrennten und in der zweiten Stellung in radialer Richtung von der mittels des Verdichterrads (14) verdichteten Luft durchströmbaren, zweiten Strömungskanal (38) aufweist.
Description
Verdichter für einen Abgasturbolader
Die Erfindung betrifft einen Verdichter für einen Abgasturbolader, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein solcher Verdichter für einen Abgasturbolader, insbesondere einer
Verbrennungskraftmaschine, ist beispielsweise bereits der DE 10 2008 028 298 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Verdichter weist ein Verdichtergehäuse sowie ein in dem Verdichtergehäuse aufgenommenes Verdichterrad auf, welches um eine Drehachse relativ zum Verdichtergehäuse drehbar ist. Mittels des Verdichterrads ist Luft, welche beispielsweise der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird, zu verdichten. Mit anderen Worten wird die Luft während des Betriebs des Verdichters mittels des
Verdichterrads verdichtet.
Der Verdichter umfasst ferner eine Stelleinrichtung, welche in Strömungsrichtung der Luft durch den Verdichter stromab des Verdichterrads angeordnet ist. Die Stelleinrichtung ist dabei relativ zu dem Verdichtergehäuse in axialer Richtung zwischen einer ersten Stellung und wenigstens einer zweiten Stellung bewegbar. Durch Bewegen der
Stelleinrichtung zwischen den wenigstens zwei Stellungen können beispielsweise
Strömungsbedingungen für die vom Verdichterrad abströmende, mittels des
Verdichterrads verdichtete Luft variiert, das heißt variabel eingestellt werden.
Ferner offenbart die JP 07063198 A einen Verdichter, mit einem Verdichterrad, einem Verdichtergehäuse und einer stromab des Verdichterrads angeordneten Stelleinrichtung, welche relativ zu dem Verdichtergehäuse in axialer Richtung des Verdichters
beziehungsweise des Verdichterrads bewegbar ist.
Darüber hinaus ist aus der US 2010/0080694 A1 ein Abgasturbolader mit einer variablen Geometrie bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verdichter der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders hoher Wirkungsgrad des Verdichters realisierbar ist.
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.
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 die Stelleinrichtung einen in axialer Richtung durch jeweilige Wandungsbereiche der Stelleinrichtung begrenzten ersten Strömungskanal aufweist. Ferner weist die Stelleinrichtung wenigstens einen in axialer Richtung durch jeweilige Wandungsbereiche der Stelleinrichtung begrenzten, zweiten Strömungskanal auf, welcher in axialer Richtung des Verdichters
beziehungsweise des Verdichterrads neben dem ersten Strömungskanal angeordnet ist. Mit anderen Worten sind die wenigstens zwei Strömungskanäle der Stelleinrichtung in axialer Richtung aufeinanderfolgend angeordnet. Ferner ist der zweite Strömungskanal von dem ersten Strömungskanal in axialer Richtung getrennt. Diese axiale Trennung der Strömungskanäle erfolgt beispielsweise durch wenigstens einen der Wandungsbereiche, welcher demzufolge in axialer Richtung zwischen dem ersten Strömungskanal und dem zweiten Strömungskanal angeordnet ist und somit beispielsweise eine Trennwand darstellt, mittels welcher die Strömungskanäle in axialer Richtung voneinander getrennt sind.
In der ersten Stellung der Stelleinrichtung ist der erste Strömungskanal von der vom Verdichterrad abströmenden und mittels des Verdichterrads verdichteten Luft
durchströmbar. In der zweiten Stellung ist der zweite Strömungskanal von der von dem Verdichterrad abströmenden und mittels des Verdichterrads verdichteten Luft
durchströmbar. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der zweite Strömungskanal in der ersten Stellung nicht von der mittels des Verdichterrads verdichteten Luft durchströmbar ist beziehungsweise durchströmt wird, wobei der erste Strömungskanal in der zweiten Stellung nicht von der von dem Verdichterrad abströmenden und mittels des Verdichterrads verdichteten Luft durchströmbar ist beziehungsweise - während eines Betriebs des Verdichters - durchströmt wird. Durch die axiale und insbesondere translatorische Bewegbarkeit der Stelleinrichtung relativ zum Verdichtergehäuse und
relativ zum Verdichterrad sind die Strömungskanäle sozusagen in axialer Richtung austauschbar, sodass vorzugsweise - in der ersten Stellung - entweder der erste
Strömungskanal oder - in der zweiten Stellung - der zweite Strömungskanal von der vom Verdichterrad abströmenden und mittels des Verdichterrads verdichteten Luft durchströmt wird. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, im Vergleich zu herkömmlichen Verdichtern Strömungsverluste des Verdichters besonders bei Massenströmen links der
Optimalparabel des Kennfelds des Verdichters zu mindern bei gleichzeitiger Beibehaltung oder sogar Erweiterung der ursprünglichen Kennfeldbreite.
Wird der Verdichter beispielsweise bei einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt, welche mit mittels des Verdichters verdichteter Luft versorgt wird, so kann mittels des erfindungsgemäßen Verdichters im Vergleich zu herkömmlichen Verdichtern ein
Wirkungsgradvorteil des Verdichters von bis zu 5 Prozent in einem verbrauchsrelevanten Kennfeld realisiert werden, wodurch der Kraftstoffverbrauch der
Verbrennungskraftmaschine gering gehalten beziehungsweise im Vergleich zur
Verwendung von herkömmlichen Verdichtern reduziert werden kann. Ferner ist es möglich, die Pumpgrenze des Verdichters zu verschieben, insbesondere hin zu geringeren Massenströmen, um dadurch ein besonders breites Verdichterkennfeld zu realisieren. Durch die Austauschbarkeit beziehungsweise die bedarfsgerechte Einstellung der Strömungskanäle ist es ferner möglich, einen besonders hohen Druckaufbau mittels des Verdichters zu realisieren bei gleichzeitiger Realisierung einer nur geringen Drehzahl des Verdichters beziehungsweise seines Verdichterrads, sodass ein besonders effizienter Betrieb des Verdichters und somit der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.
Vorzugsweise ist der erste Strömungskanal in der ersten Stellung in einem von der vom Verdichterrad abströmenden und mittels des Verdichterrads verdichteten Luft
durchströmbaren Strömungspfad angeordnet, wobei der zweite Strömungskanal in der ersten Stellung vorzugsweise außerhalb beziehungsweise neben dem Strömungspfad angeordnet ist, sodass der zweite Strömungskanal in der ersten Stellung nicht von der verdichteten Luft durchströmt wird. Demzufolge ist es ferner vorzugsweise vorgesehen, dass der zweite Strömungskanal in der zweiten Stellung in dem Strömungspfad angeordnet ist, sodass der zweite Strömungskanal in der zweiten Stellung von der verdichteten Luft durchströmt wird. Dabei ist der erste Strömungskanal in der zweiten Stellung neben beziehungsweise außerhalb des Strömungspfads angeordnet, sodass der erste Strömungskanal in der zweiten Stellung nicht von der verdichteten Luft durchströmt wird.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Verdichtergehäuse wenigstens einen in radialer Richtung von der mittels des Verdichterrads verdichteten Luft durchströmbaren Kanal aufweist, wobei der erste Strömungskanal in der ersten Stellung in Überdeckung mit dem Kanal und in der zweiten Stellung überdeckungsfrei zu dem Kanal angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die mittels des Verdichterrads verdichtete und von dem Verdichterrad abströmende Luft in der ersten Stellung der Stelleinrichtung in radialer Richtung durch den Kanal sowie durch den ersten Strömungskanal, jedoch nicht durch den zweiten Strömungskanal strömen kann, da der zweite Strömungskanal beispielsweise neben beziehungsweise außerhalb des Strömungspfads und dabei nicht in Überdeckung mit dem Kanal des Verdichtergehäuses angeordnet ist.
Der zweite Strömungskanal ist in der zweiten Stellung in Überdeckung mit dem Kanal und in der ersten Stellung überdeckungsfrei zu dem Kanal angeordnet. Somit kann die mittels des Verdichterrads verdichtete und von dem Verdichterrad abströmende Luft in der zweiten Stellung der Stelleinrichtung den Kanal und den in der zweiten Stellung mit dem Kanal in Überdeckung angeordneten zweiten Strömungskanal, nicht jedoch den ersten Strömungskanal durchströmen, da der erste Strömungskanal neben beziehungsweise außerhalb des Strömungspfads und somit nicht in Überdeckung mit dem Kanal des Verdichtergehäuses angeordnet ist.
Der Verdichter ist vorzugsweise als Radialverdichter ausgebildet, sodass die Luft während des Betriebs des Verdichters das Verdichterrad zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung anströmt, mittels des Verdichterrads in radialer Richtung umgelenkt wird und schließlich das Verdichterrad zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung abströmt. In der Folge kann die Luft in radialer Richtung durch den gegebenenfalls vorgesehenen Kanal des Verdichtergehäuses sowie - in der ersten Stellung - durch den ersten Strömungskanal oder - in der zweiten Stellung der Stelleinrichtung - durch den zweiten Strömungskanal strömen.
Beispielsweise sind der erste Strömungskanal, der zweite Strömungskanal und der gegebenenfalls vorgesehene Kanal des Verdichtergehäuses Teile eines Diffusors, durch welchen die Luft in radialer Richtung strömt. Der Diffusor ist somit ein Radialdiffusor des Verdichters, welcher sich beispielsweise in radialer Richtung nach außen, das heißt von dem Verdichterrad weg erweitert. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass der Radialdiffusor einen von der mittels des Verdichterrads verdichteten und von dem
Verdichterrad abströmenden Luft durchströmbaren und sich in radialer Richtung nach außen erweiternden Strömungsquerschnitt aufweist.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Strömungskanal in der zweiten Stellung und der zweite Strömungskanal in der ersten Stellung in einer jeweiligen Aufnahme des Verdichtergehäuses aufgenommen. Die jeweilige Aufnahme ist beispielsweise eine Aussparung oder Ausnehmung, in der der jeweilige Strömungskanal in der ersten Stellung beziehungsweise der zweiten Stellung aufgenommen
beziehungsweise aufnehmbar ist. Hierdurch können unerwünschte Strömungen der Luft vermieden werden. Mit anderen Worten kann eine übermäßige Strömung der Luft durch den zweiten Strömungskanal in der ersten Stellung der Stelleinrichtung sowie eine übermäßige Strömung der Luft durch den ersten Strömungskanal in der zweiten Stellung der Stelleinrichtung vermieden werden.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der erste Strömungskanal in der zweiten Stellung und der zweite Strömungskanal in der ersten Stellung durch wenigstens einen jeweiligen, die jeweilige Aufnahme zumindest teilweise begrenzenden
Wandungsbereich des Verdichtergehäuses zumindest im Wesentlichen fluidisch versperrt ist. Dadurch können unerwünschte Strömungen der Luft durch den jeweiligen
Strömungskanal vermieden werden, sodass sich ein besonders hoher Wirkungsgrad des Verdichters realisieren lässt.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Strömungskanäle in ihrem jeweiligen, von der Luft durchströmbaren Strömungsquerschnitt voneinander unterscheiden. Beispielsweise weist einer der Strömungskanäle einen größeren, von der Luft durchströmbaren Strömungsquerschnitt als der andere Strömungskanal auf.
Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass sich die Strömungskanäle hinsichtlich ihres jeweiligen Verlaufs entlang der Strömungsrichtung der Luft voneinander unterscheiden. Dadurch können durch Bewegen der Stelleinrichtung stromab des Verdichterrads für die Luft herrschende Strömungsbedingungen besonders bedarfsgerecht variiert und eingestellt werden, sodass der Verdichter beispielsweise an unterschiedliche
Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine bedarfsgerecht angepasst werden kann. Dadurch können ein besonders effizienter Betrieb des Verdichters sowie ein besonders effizienter und kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden.
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Stelleinrichtung jeweilige, in den Strömungskanälen angeordnete Leitelemente zum Leiten der den jeweiligen Strömungskanal durchströmenden Luft aufweist. Mit anderen Worten sind im ersten Strömungskanal erste Leitelemente zum Leiten der Luft angeordnet, wobei im zweiten Strömungskanal zweite Leitelemente zum Leiten der Luft angeordnet sind. Die Leitelemente sind beispielsweise als Leitschaufeln ausgebildet, welche relativ zu den Wandungsbereichen der Stelleinrichtung unbeweglich sein können. Alternativ ist es denkbar, dass die in den Strömungskanälen angeordneten Leitelemente relativ zu den Wandungsbereichen bewegbar, insbesondere
verschwenkbar, sind, um dadurch die Strömungsbedingungen für die Luft besonders bedarfsgerecht einstellen zu können. Durch das durch die Leitelemente zu bewirkende Leiten der Luft kann ein besonders günstiges Abströmen der Luft von dem Verdichterrad realisiert werden, sodass ein besonders hoher Wirkungsgrad des Verdichters dargestellt werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass sich die im ersten Strömungskanal angeordneten Leitelemente von den im zweiten Strömungskanal angeordneten Leitelementen in ihrer jeweiligen Geometrie zum Leiten der Luft unterscheiden. Beispielsweise weisen die im ersten Strömungskanal angeordneten Leitelemente einen anderen Verlauf, insbesondere eine andere Krümmung und/oder eine andere, außenumfangsseitige Geometrie, als die im zweiten Strömungskanal angeordneten Leitelemente auf. Hierdurch können je nach Stellung der Stelleinrichtung unterschiedliche Strömungsbedingungen für die Luft stromab des Verdichterrads, insbesondere im genannten Radialdiffusor, eingestellt werden, wodurch sich ein besonders vorteilhafter Betrieb des Verdichters realisieren lässt.
Um die Stelleinrichtung auf besonders einfache Weise zwischen den Stellungen verstellen zu können, ist bei einer weiteren Ausführungsform wenigstens ein
Federelement vorgesehen, über welches die Stelleinrichtung an dem Verdichtergehäuse abstützbar ist, wobei das Federelement unter Beaufschlagen der Stelleinrichtung mit einer Federkraft, mittels welcher die Stelleinrichtung aus einer der Stellungen in die andere Stellung bewegbar ist, in der einen Stellung stärker als in der anderen Stellung gespannt ist. Hierdurch können die Teileanzahl und das Gewicht des Verdichters gering gehalten werden, sodass sich ein besonders effizienter und insbesondere
kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Federelement in der anderen Stellung noch etwas gespannt ist, sodass die Stelleinrichtung mittels des Federelements mit einer Federkraft beaufschlagt wird, mittels welcher die Stelleinrichtung sicher in der anderen Stellung gehalten werden kann. Wird dann beispielsweise die Stelleinrichtung aus der anderen Stellung in die eine Stellung bewegt, so wird dadurch das Federelement gespannt. Somit wird die Stelleinrichtung mittels des gespannten Federelements in der einen Stellung mit einer Federkraft beaufschlagt. Dabei ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Stelleinrichtung entgegen der Federkraftbeaufschlagung in der einen Stellung gehalten wird. Hierzu wird beispielsweise eine Kraft auf die Stelleinrichtung ausgeübt. Wird diese Kraftausübung beendet, so kann sich beispielsweise das Federelement entspannen und dadurch die Stelleinrichtung aus der einen Stellung in die andere Stellung bewegen, insbesondere drücken oder ziehen. Hierdurch kann eine besonders einfache und kostengünstige Bewegung der Stelleinrichtung realisiert werden.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Verdichtergehäuse wenigstens einen Versorgungskanal aufweist, über welchen die Stelleinrichtung unter Bewegen der Stelleinrichtung aus der anderen Stellung in die eine Stellung und unter Spannen des Federelements mit einem Medium, insbesondere einer Flüssigkeit oder einem Gas, beaufschlagbar ist. Somit ist es vorgesehen, dass die Stelleinrichtung beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist. Um die Stelleinrichtung aus der anderen Stellung in die eine Stellung zu bewegen, wird die Stelleinrichtung über den Versorgungskanal mit dem Medium beaufschlagt. Da die Stelleinrichtung über das Federelement am Verdichtergehäuse abgestützt beziehungsweise abstützbar ist, wird das Federelement gespannt, wenn die Stelleinrichtung mittels des Mediums aus der anderen Stellung in die eine Stellung bewegt wird. Die zuvor beschriebene Kraft zum Halten der Stelleinrichtung in der einen Stellung wird somit mittels des Mediums auf die Stelleinrichtung ausgeübt. Wird diese, durch das Medium bewirkte Kraftausübung auf die Stelleinrichtung beendet, so kann sich das Federelement entspannen und dadurch die Stelleinrichtung aus der einen Stellung in die andere Stellung bewegen.
Zur Erfindung gehört auch ein Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, mit einem erfindungsgemäßen Verdichter. Mittels des Verdichters kann die Verbrennungskraftmaschine mit verdichteter Luft versorgt werden, sodass sich ein besonders effizienter und kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der
Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt.
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.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht eines Verdichters gemäß einer ersten Ausführungsform für einen Abgasturbolader, mit einem Verdichtergehäuse sowie mit einer in axialer Richtung relativ zu dem Verdichtergehäuse translatorisch bewegbaren Stelleinrichtung, welche wenigstens zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordnete und in axialer Richtung voneinander getrennte Strömungskanäle aufweist, welche bedarfsweise von verdichteter Luft durchströmbar sind;
Fig. 2 ausschnittsweise eine weitere schematische Längsschnittansicht des
Verdichters gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht des Verdichters gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht des Verdichters gemäß der zweiten
Ausführungsform entlang einer in Fig. 3 gezeigten Schnittlinie E;
Fig. 5 eine schematische Schnittansicht des Verdichters gemäß der zweiten
Ausführungsform entlang einer in Fig. 3 gezeigten Schnittlinie F; und
Fig. 6 ausschnittsweise eine weitere Schnittansicht des Verdichters gemäß der zweiten Ausführungsform.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 und 2 zeigen jeweils in einer schematischen Längsschnittansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Verdichter gemäß einer ersten Ausführungsform für einen
Abgasturbolader, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine. Die
Verbrennungskraftmaschine dient beispielsweise zum Antreiben eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, und ist beispielsweise als Hubkolben- Verbrennungsmaschine ausgebildet. Die Verbrennungskraftmaschine weist
beispielsweise wenigstens einen Brennraum, insbesondere in Form eines Zylinders, auf, welchem Luft und Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, zugeführt wird.
Beispielsweise weist die Verbrennungskraftmaschine einen von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt auf, über welchen die Verbrennungskraftmaschine während ihres Betriebs Luft ansaugt. Mittels des Ansaugtrakts wird die Luft in den Brennraum geführt. Aus der dem Brennraum zugeführten Luft und dem dem Brennraum zugeführten Kraftstoff resultiert ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches gezündet und dadurch unter Bildung von Abgas verbrannt wird. Die Verbrennungskraftmaschine weist ferner einen Abgastrakt auf, welcher von dem Abgas durchströmbar ist. Mittels des Abgastrakts wird somit das Abgas aus dem Brennraum abgeführt.
Der Abgasturbolader umfasst den Verdichter 10 sowie eine in Fig. 1 und 2 nicht dargestellte Turbine, die in dem Abgastrakt angeordnet und demzufolge von dem Abgas antreibbar ist. Hierzu umfasst die Turbine ein Turbinengehäuse sowie ein in dem
Turbinengehäuse aufgenommenes Turbinenrad, welches um eine Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse drehbar und von dem Abgas antreibbar ist. Das Turbinenrad ist Bestandteil eines Rotors, welcher auch eine Welle umfasst. Das Turbinenrad ist dabei mit der Welle drehfest verbunden.
Der Verdichter 10 ist in dem Ansaugtrakt angeordnet und dient zum Verdichten der den Ansaugtrakt durchströmenden Luft. Hierzu weist der Verdichter 10 ein Verdichtergehäuse 12 auf, in welchem ein Verdichterrad 14 aufgenommen ist. Auch das Verdichterrad 14 ist Bestandteil des genannten Rotors, dessen Welle auch drehfest mit dem Verdichterrad 14 verbunden ist. Dadurch ist das Verdichterrad 14 über die Welle von dem Turbinenrad antreibbar. Durch Antreiben des Verdichterrads 14 wird die den Ansaugtrakt
durchströmende Luft mittels des Verdichterrads 14 verdichtet, sodass im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden kann. Dadurch lässt sich ein besonders effizienter und kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der
Verbrennungskraftmaschine realisieren. Der Verdichter 10 ist als Radialverdichter ausgebildet, sodass die mittels des Verdichterrads 14 zu verdichtende Luft das
Verdichterrad 14 während des Betriebs des Verdichters 10 zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung über einen Eintrittsbereich 16 anströmt.
Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass der Verdichter 10 eine kennfeldstabilisierende Maßnahme (KSM) aufweist. Diese kennfeldstabilisierende Maßnahme umfasst wenigstens einen Rezirkulationskanal 18, welcher eine Eintrittsöffnung 20 aufweist. Aus Fig. 1 ist besonders gut erkennbar, dass die Eintrittsöffnung 20 als Ringöffnung oder Ringkanal ausgebildet ist.
Die das Verdichterrad 14 zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung anströmende Luft wird mittels des Verdichterrads 14 in radialer Richtung umgelenkt und verdichtet, wobei die mittels des Verdichterrads 14 verdichtete Luft das Verdichterrad 14 über einen aus Fig. 2 erkennbaren Austrittsbereich 22 abströmt. Die Eintrittsöffnung 20 ist dabei in Strömungsrichtung der Luft durch den Verdichter 10 stromab des Eintrittsbereichs 16 und stromauf des Austrittsbereichs 22 angeordnet, sodass die Luft an einer zwischen dem Eintrittsbereich 16 und dem Austrittsbereich 22 angeordneten Stelle in die Eintrittsöffnung 20 ein- und die Eintrittsöffnung 20 durchströmen kann. Die in die Eintrittsöffnung 20 ein- und die Eintrittsöffnung 20 durchströmende Luft kann aus der Eintrittsöffnung 20 aus- und über die Eintrittsöffnung 20 in den Rezirkulationskanal 18 einströmen, da die
Eintrittsöffnung 20 in den Rezirkulationskanal 18 mündet. Mittels des Rezirkulationskanals 18 wird die den Rezirkulationskanal 18 durchströmende Luft zurück zum Eintrittsbereich 16 geführt. Mit anderen Worten kann die die Eintrittsöffnung 20 und den
Rezirkulationskanal 18 durchströmende Luft von der genannten Stelle zurück zum
Eintrittsbereich 16 zirkulieren.
Der Verdichter 10 weist ferner eine im Ganzen mit 24 bezeichnete Stelleinrichtung auf, welche in Strömungsrichtung der Luft durch den Verdichter 10 stromab des
Verdichterrads 14 angeordnet und in axialer Richtung relativ zu dem Verdichtergehäuse 12 translatorisch bewegbar ist. Dabei ist die Stelleinrichtung 24 zwischen einer ersten Stellung und wenigstens einer zweiten Stellung relativ zu dem Verdichtergehäuse 12 in axialer Richtung translatorisch bewegbar. Diese translatorische Bewegbarkeit der Stelleinrichtung 24 ist in Fig. 2 durch einen Doppelpfeil 26 veranschaulicht. Ferner ist in Fig. 2 ein Richtungspfeil 27 veranschaulicht, welcher die Strömung der Luft durch den Verdichter 10 und somit die Strömungsrichtung der den Verdichter 10 durchströmenden Luft veranschaulicht. Anhand des Richtungspfeils 27 ist besonders gut erkennbar, dass
die mittels des Verdichterrads 14 zu verdichtende Luft das Verdichterrad 14 zunächst zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung anströmt, mittels des Verdichterrads 14 in radialer Richtung umgelenkt wird und schließlich das Verdichterrad 14 zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung abströmt.
Um nun einen besonders hohen Wirkungsgrad des Verdichters 10 realisieren zu können, weist die Stelleinrichtung 24 einen durch jeweilige Wandungsbereiche 28 und 30 der Stelleinrichtung 24 in axialer Richtung begrenzten, ersten Strömungskanal 32 sowie einen in axialer Richtung durch jeweilige Wandungsbereiche 34 und 36 der Stelleinrichtung 24 begrenzten, zweiten Strömungskanal 38 auf. Die Strömungskanäle 32 und 38 sind dabei in axialer Richtung nebeneinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnet und in axialer Richtung voneinander getrennt. Hierzu weist die Stelleinrichtung 24 eine in axialer Richtung zwischen den Strömungskanälen 32 und 38 angeordnete Wandung 40 auf, durch welche die Wandungsbereiche 30 und 34 gebildet sind. Die Wandung 40 ist somit eine Trennwand, mittels welcher die Strömungskanäle 32 und 38 in axialer
Richtung voneinander getrennt sind. Der Wandungsbereich 28 ist durch eine weitere Wandung 42 der Stelleinrichtung 24 gebildet, wobei die Wandung 42 in axialer Richtung von der Wandung 40 beabstandet ist. Dadurch wird der erste Strömungskanal 32 in axialer Richtung einerseits durch die Wandung 42 und andererseits durch die Wandung 40 begrenzt. Ferner weist die Stelleinrichtung 24 eine Wandung 44 auf, durch welche der Wandungsbereich 36 gebildet ist. Die Wandung 44 ist dabei in axialer Richtung von der Wandung 40 beabstandet, sodass der zweite Strömungskanal 38 in axialer Richtung einerseits durch die Wandung 40 und andererseits durch die Wandung 44 begrenzt ist. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Wandungen 40, 42 und 44 miteinander verbunden sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Wandungen 40, 42 und 44 einstückig miteinander ausgebildet sind. Beispielsweise sind die Wandungen 40, 42 und 44 durch einen einstückigen Körper gebildet, welcher beispielsweise durch Gießen hergestellt und somit als Gusskörper ausgebildet ist.
Fig. 2 zeigt die Stelleinrichtung 24 in ihrer ersten Stellung, in welcher der erste
Strömungskanal 32 in radialer Richtung von der mittels des Verdichterrads 14
verdichteten und von dem Verdichterrad 14 abströmenden Luft durchströmbar ist. Dabei ist der zweite Strömungskanal 38 in der ersten Stellung nicht oder geringfügiger als in der zweiten Stellung der Stelleinrichtung 24 von der mittels des Verdichterrads 14
verdichteten und vom Verdichterrad 14 abströmenden Luft durchströmbar.
In der zweiten Stellung der Stelleinrichtung 24 hingegen ist der zweite Strömungskanal 38 in radialer Richtung von der mittels des Verdichterrads 14 verdichteten und vom
Verdichterrad 14 abströmenden Luft durchströmbar, wobei der erste Strömungskanal 32 in der zweiten Stellung nicht oder gegenüber der ersten Stellung geringfügiger von der mittels des Verdichterrads 14 verdichteten und von dem Verdichterrad 14 abströmenden Luft durchströmbar ist. Mit anderen Worten strömt die verdichtete Luft in der ersten Stellung der Stelleinrichtung 24 durch den ersten Strömungskanal 32, nicht jedoch durch den zweiten Strömungskanal 38. In der zweiten Stellung strömt die verdichtete Luft durch den zweiten Strömungskanal 38, nicht jedoch durch den ersten Strömungskanal 32. Darunter ist zu verstehen, dass der zweite Strömungskanal 38 in der ersten Stellung beziehungsweise der erste Strömungskanal 32 in der zweiten Stellung bis auf etwaige, geringe Leckageströme nicht von der Luft durchströmt wird.
Aus Fig. 1 und 2 ist erkennbar, dass das Verdichtergehäuse 12 wenigstens einen in radialer Richtung von der mittels des Verdichterrads 14 verdichteten und von dem
Verdichterrad 14 abströmenden Luft durchströmbaren Kanal 46 aufweist, welcher vorliegend bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft stromab der Stelleinrichtung 24 und somit des jeweiligen Strömungskanals 32 beziehungsweise 38 angeordnet ist. Der erste Strömungskanal 32 ist in der ersten Stellung in Überdeckung mit dem Kanal 46 und in der zweiten Stellung überdeckungsfrei zu dem Kanal 46, das heißt nicht in
Überdeckung mit dem Kanal 46, angeordnet. Der zweite Strömungskanal 38 ist in der zweiten Stellung der Stelleinrichtung 24 in Überdeckung mit dem Kanal 46 und in der ersten Stellung überdeckungsfrei zu dem Kanal 46, das heißt nicht in Überdeckung mit dem Kanal 46, angeordnet. Dadurch strömt die verdichtete Luft in der ersten Stellung der Stelleinrichtung 24 in radialer Richtung durch den ersten Strömungskanal 32 und durch den Kanal 46, jedoch - bis auf etwaige Leckagen - nicht durch den zweiten
Strömungskanal 38. In der zweiten Stellung jedoch strömt die verdichtete Luft in radialer Richtung durch den zweiten Strömungskanal 38 und den darauffolgenden Kanal 46, nicht jedoch - bis auf etwaige Leckagen - durch den ersten Strömungskanal 32.
Der Kanal 46 mündet in einen Sammelkanal 47 des Verdichtergehäuses 12. Der
Sammelkanal 47 ist beispielsweise ein Spiralkanal, da er sich beispielsweise in
Umfangsrichtung des Verdichterrads 14 über dessen Umfang zumindest im Wesentlichen spiralförmig erstreckt. Mittels des Sammelkanals 47 wird die verdichtete Luft aus dem Kanal 46 gesammelt und von dem Kanal 46 weg beispielsweise in Richtung des
Brennraums der Verbrennungskraftmaschine geführt.
Die Stelleinrichtung 24 ermöglicht somit ein bedarfsgerechtes, axiales Umschalten beziehungsweise Austauschen zwischen den Strömungskanäle 32 und 38, sodass die verdichtete Luft bedarfsweise entweder den ersten Strömungskanal 32 oder den zweiten Strömungskanal 38 in radialer Richtung durchströmt. Um die Durchströmung des ersten Strömungskanals 32 in der zweiten Stellung und die Durchströmung des zweiten
Strömungskanals 38 in der ersten Stellung möglichst gering zu halten, weist das
Verdichtergehäuse 12 zwei in axialer Richtung gegenüberliegende Aufnahmen 48 und 50 auf. Aus Fig. 2 ist erkennbar, dass der zweite Strömungskanal 38 in der ersten Stellung in der korrespondierenden Aufnahme 50 aufgenommen ist, sodass der zweite
Strömungskanal 38 in der ersten Stellung außerhalb eines beziehungsweise in axialer Richtung neben einem Strömungspfad angeordnet ist, durch welchen oder entlang welchem die verdichtete Luft strömt.
In der zweiten Stellung der Stelleinrichtung 24 ist der erste Strömungskanal 32 in der korrespondierenden Aufnahme 48 aufgenommen, sodass dann der erste
Strömungskanal 32 in axialer Richtung außerhalb des beziehungsweise neben dem Strömungspfad der Luft angeordnet ist. Aus Fig. 2 ist erkennbar, dass die jeweilige Aufnahme 48 beziehungsweise 50 durch wenigstens einen jeweiligen Wandungsbereich 52 beziehungsweise 54 des Verdichtergehäuses 12 zumindest teilweise begrenzt ist. Befindet sich der zweite Strömungskanal 38 in der ersten Stellung in der Aufnahme 50, so ist der zweite Strömungskanal 38 durch den Wandungsbereich 54 zumindest im Wesentlichen fluidisch versperrt, sodass - bis auf etwaige Leckagen - der zweite
Strömungskanal 38 nicht von Luft durchströmt werden kann. Befindet sich demzufolge der erste Strömungskanal 32 in der zweiten Stellung in der Aufnahme 48, so wird der erste Strömungskanal 32 mittels des Wandungsbereichs 52 zumindest im Wesentlichen fluidisch versperrt, sodass - bis auf etwaige Leckageströme - keine Luft mehr durch den ersten Strömungskanal 32 hindurchströmen kann. In der ersten Stellung jedoch ist der Strömungskanal 32 im genannten Strömungspfad angeordnet, wobei der
Strömungskanal 38 in der zweiten Stellung im genannten Strömungspfad angeordnet ist.
Der Kanal 46 ist beispielsweise Bestandteil eines Diffusors 56 des Verdichters 10, insbesondere des Verdichtergehäuses 12. Der Diffusor 56 ist dabei in radialer Richtung von der verdichteten Luft durchströmbar und demzufolge als Radialdiffusor ausgebildet. Beispielsweise weist der Diffusor 56 einen von der Luft durchströmbaren
Strömungsquerschnitt auf, welcher sich in radialer Richtung nach außen, das heißt von dem Verdichterrad 14 weg erweitert. In der ersten Stellung der Stelleinrichtung 24 ist der erste Strömungskanal 32 Teil des Diffusors 56 (Radialdiffusor). Ferner ist der zweite
Strömungskanal 38 nicht Teil des Diffusors 56. In der zweiten Stellung jedoch ist der zweite Strömungskanal 38 Teil des Diffusors 56, wobei der erste Strömungskanal 32 in der zweiten Stellung nicht Teil des Diffusors 56 ist. Durch Verstellen beziehungsweise Verschieben der Stelleinrichtung 24 in axialer Richtung relativ zu dem Verdichtergehäuse 12 ist es somit möglich, den Diffusor 56 insbesondere hinsichtlich seiner Geometrie zu variieren und somit bedarfsgerecht unterschiedliche Geometrien des Diffusors 56 einzustellen, insbesondere in Abhängigkeit davon, welcher der Strömungskanäle 32 und 38 am besten zu jeweiligen Anforderungen eines aktuellen Betriebspunkts des
Verdichters 10 beziehungsweise der Verbrennungskraftmaschine passt. Beispielsweise unterscheiden sich die Strömungskanäle 32 und 38 hinsichtlich ihrer jeweiligen Geometrie beziehungsweise hinsichtlich ihres jeweiligen, von der Luft durchströmbaren
Strömungsquerschnitts, wodurch die beschriebene Variation der Geometrie des Diffusors 56 realisiert werden kann. Durch diese Variabilität des Diffusors 56 kann ein besonders hoher Wirkungsgrad des Verdichters 10 realisiert werden.
Besonders gut aus Fig. 1 ist erkennbar, dass in dem ersten Strömungskanal 32 erste Leitelemente 58 zum Leiten der den ersten Strömungskanal 32 durchströmenden Luft angeordnet sind. Ferner sind im zweiten Strömungskanal 38 zweite Leitelemente 60 zum Leiten der den zweiten Strömungskanal 38 durchströmenden Luft angeordnet. Dabei kann vorgesehen sein, dass sich die jeweiligen Leitelemente 58 in ihrer jeweiligen Geometrie, insbesondere außenumfangsseitigen Geometrie, zum Leiten der Luft von den jeweiligen zweiten Leitelementen 60 unterscheiden. Dies bedeutet beispielsweise, dass die Luft mittels der Leitelemente 58 auf andere Art geleitet beziehungsweise abgelenkt wird als mittels der Leitelemente 60, wodurch Strömungsbedingungen für die Luft variiert werden können.
Alternativ oder zusätzlich zu den jeweiligen Leitelementen 58 und 60 können in den Strömungskanälen 32 und 38 jeweilige Abstandshalteelemente beispielsweise in Form von Distanzstiften angeordnet sein, mittels welchen die Wandungen 40, 42 und 44 in axialer Richtung in einem gegenseitigen Abstand gehalten sind.
Im Folgenden wird die Bewegung der Stelleinrichtung 24 zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung beschrieben. Der Verdichter 10 weist dabei wenigstens ein Federelement 62 auf, welches vorliegend in der Aufnahme 48 angeordnet ist. Die
Stelleinrichtung 24 ist dabei über das Federelement 62 am Verdichtergehäuse 12 in axialer Richtung abstützbar. Vorliegend ist die Stelleinrichtung 24 über das Federelement 62 am Verdichtergehäuse 12 abgestützt, da das Federelement 62 einerseits zumindest
mittelbar und vorliegend direkt an der Stelleinrichtung 24, insbesondere der Wandung 42, und andererseits zumindest mittelbar und vorliegend direkt am Verdichtergehäuse 12 jeweils in axialer Richtung abgestützt ist. Vorzugsweise ist das Federelement 62 in der in Fig. 2 gezeigten ersten Stellung noch etwas gespannt, wodurch die Stelleinrichtung 24 insbesondere über die Wandung 42 mit einer Federkraft beaufschlagt wird, welche von dem noch gespannten Federelement 62 bereitgestellt wird. Mittels dieser Federkraft kann die Stelleinrichtung 24 sicher in der ersten Stellung gehalten werden.
Das Verdichtergehäuse 12 weist einen Versorgungskanal 64 auf, welcher von einem Medium, insbesondere einem Gas oder einer Flüssigkeit, durchströmbar ist. Das Medium kann mittels des Versorgungskanals 64 zur Stelleinrichtung 24, insbesondere zur
Wandung 44, geführt werden, sodass die Stelleinrichtung 24, insbesondere die Wandung 44, über den Versorgungskanal 64 mit dem Medium beaufschlagbar ist. Mittels des Mediums wird auf einer dem Federelement 62 gegenüberliegenden beziehungsweise abgewandten Seite der Stelleinrichtung 24, insbesondere der Wandung 44, auf die Stelleinrichtung 24 beziehungsweise die Wandung 44 eine Kraft ausgeübt, welche der zuvor genannten, durch das Federelement 62 bereitgestellten Federkraft
entgegengesetzt ist. Ist die Kraft größer als die Federkraft, so wird die Stelleinrichtung 24 mittels dieser Kraft entgegen der Federkraft aus der ersten Stellung in die zweite Stellung bewegt, wodurch der erste Strömungskanal 32 in die Aufnahme 48 und der zweite Strömungskanal 38 aus der Aufnahme 50 bewegt wird. Hierdurch wird die Wandung 42 - an welcher das Federelement 62 abgestützt ist - in axialer Richtung auf das
Verdichtergehäuse 12 zu bewegt, wodurch das in axialer Richtung zwischen der
Wandung 42 und dem Verdichtergehäuse 12 angeordnete Federelement 62 gespannt und vorliegend komprimiert wird. Durch dieses Spannen beziehungsweise Komprimieren des Federelements 62 steigt die vom Federelement 62 bereitgestellte und auf die
Stelleinrichtung 24 wirkende Federkraft, die der durch das Medium bewirkten Kraft entgegengesetzt ist. Somit wird die Stelleinrichtung 24 mittels der durch das Medium bewirkten Kraft in der zweiten Stellung gehalten. Wird das Medium beispielsweise aus dem Versorgungskanal 64 und aus der Aufnahme 50 abgeführt, sodass das Medium keine oder eine gegenüber der Federkraft geringere Kraft auf die Stelleinrichtung 24 ausübt, so kann sich das Federelement 62 entspannen. Dabei wird die Stelleinrichtung 24 mittels der durch das Federelement 62 bereitgestellten Federkraft aus der zweiten Stellung zurück in die erste Stellung bewegt und vorliegend gedrückt. Hierdurch kann eine besonders einfache, kosten-, gewichts- und bauraumgünstige Bewegung der Stelleinrichtung 24 realisiert werden.
Es versteht sich, dass die Stelleinrichtung 24 nicht nur zwei, sondern drei oder mehrere, in axialer Richtung hintereinander angeordnete Strömungskanäle aufweisen kann, auf welche die vorigen Ausführungen zu den Strömungskanälen 32 und 38 ohne weiteres übertragen werden können. Hierdurch ist es möglich, nicht nur zwei, sondern eine demgegenüber höhere Anzahl an unterschiedlichen Geometrien des Diffusors 56 einzustellen, sodass der Verdichter 10 besonders bedarfsgerecht an unterschiedliche Betriebspunkte angepasst werden kann. Somit kann ein besonders hoher Wirkungsgrad des Verdichters 10 realisiert werden, sodass sich ein besonders effizienter und kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt.
Fig. 3 bis 6 zeigen eine zweite Ausführungsform des Verdichters 10. Dabei umfasst das Verdichtergehäuse 12 ein erstes Gehäuseteil 66 und ein zweites Gehäuseteil 68, welche als separat voneinander hergestellte Bauteile ausgebildet sind. Dabei sind die
Gehäuseteile 66 und 68 miteinander verbunden, beispielsweise mittels einer in den Figuren nicht dargestellten Schelle in Form einer V-Bandschelle. Die Aufnahme 48 ist dabei in dem zweiten Gehäuseteil 68 angeordnet beziehungsweise durch das zweite Gehäuseteil 68 gebildet und lagergehäuseseitig angeordnet. Die Aufnahme 50 hingegen ist in dem ersten Gehäuseteil 66 angeordnet beziehungsweise durch dieses gebildet und somit verdichtergehäuseseitig angeordnet. Bei der zweiten Ausführungsform sind 1 1 erste Leitelemente 58 und 13 zweite Leitelemente 60 vorgesehen.
Die zweiten Leitelemente 60 sind besonders gut aus Fig. 4 erkennbar, während die ersten Leitelemente 58 besonders gut aus Fig. 5 erkennbar sind. Fig. 6 zeigt den Verdichter 10 gemäß der zweiten Ausführungsform in einer weiteren Schnittansicht.
Bezugszeichenliste
10 Verdichter
12 Verdichtergehäuse
14 Verdichterrad
16 Eintrittsbereich
18 Rezirkulationskanal
20 Eintrittsöffnung
22 Austrittsbereich
24 Stelleinrichtung
26 Richtungspfeil
27 Richtungspfeil
28 Wandungsbereich
30 Wandungsbereich
32 erster Strömungskanal
34 Wandungsbereich
36 Wandungsbereich
38 zweiter Strömungskanal
40 Wandung
42 Wandung
44 Wandung
46 Kanal
47 Sammelkanal
48 Aufnahme
50 Aufnahme
52 Wandungsbereich
54 Wandungsbereich
56 Diffusor
58 erstes Leitelement
60 zweites Leitelement
62 Federelement
64 Versorgungskanal
66 erstes Gehäuseteil
68 zweites Gehäuseteil
Claims
1. Verdichter (10) für einen Abgasturbolader, mit einem Verdichtergehäuse (12), mit einem in dem Verdichtergehäuse (12) drehbar aufgenommenen Verdichterrad (14) zum Verdichten von Luft, und mit einer stromab des Verdichterrads (14)
angeordneten und relativ zu dem Verdichtergehäuse (12) in axialer Richtung zwischen einer ersten Stellung und wenigstens einer zweiten Stellung bewegbaren Stelleinrichtung (24),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stelleinrichtung (24) einen in axialer Richtung durch jeweilige
Wandungsbereiche (28, 30) der Stelleinrichtung (24) begrenzten und in der ersten Stellung in radialer Richtung von der mittels des Verdichterrads (14) verdichteten Luft durchströmbaren, ersten Strömungskanal (32) und wenigstens einen in axialer Richtung durch jeweilige Wandungsbereiche (34, 36) der Stelleinrichtung (24) begrenzten, in axialer Richtung neben dem ersten Strömungskanal (32)
angeordneten, von dem ersten Strömungskanal (32) in axialer Richtung getrennten und in der zweiten Stellung in radialer Richtung von der mittels des Verdichterrads (14) verdichteten Luft durchströmbaren, zweiten Strömungskanal (38) aufweist.
2. Verdichter (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verdichtergehäuse (12) wenigstens einen in radialer Richtung von der mittels des Verdichterrads (14) verdichteten Luft durchströmbaren Kanal (46) aufweist, wobei der erste Strömungskanal (32) in der ersten Stellung in Überdeckung mit dem Kanal (46) und in der zweiten Stellung überdeckungsfrei zu dem Kanal (46) angeordnet ist, und wobei der zweite Strömungskanal (38) in der zweiten Stellung in
Überdeckung mit dem Kanal (46) und in der ersten Stellung überdeckungsfrei zu dem Kanal (46) angeordnet ist,
3. Verdichter (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Strömungskanal (32) in der zweiten Stellung und der zweite
Strömungskanal (38) in der ersten Stellung in einer jeweiligen Aufnahme (48, 50) des Verdichtergehäuses (12) aufgenommen ist.
4. Verdichter (10) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Strömungskanal (32) in der zweiten Stellung und der zweite
Strömungskanal (38) in der ersten Stellung durch wenigstens einen jeweiligen, die jeweilige Aufnahme (48, 50) zumindest teilweise begrenzenden Wandungsbereich (52, 54) des Verdichtergehäuses (12) fluidisch versperrt ist.
5. Verdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Strömungskanäle (32, 38) in ihrem jeweiligen, von der Luft
durchströmbaren Strömungsquerschnitt voneinander unterscheiden.
6. Verdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stelleinrichtung (24) jeweilige, in den Strömungskanälen (32, 38) angeordneten Leitelemente (58. 60) zum Leiten der den jeweiligen Strömungskanal (32, 38) durchströmenden Luft aufweist.
7. Verdichter (10) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die im ersten Strömungskanal (32) angeordneten Leitelemente (58) von den im zweiten Strömungskanal (38) angeordneten Leitelementen (60) in ihrer jeweiligen Geometrie zum Leiten der Luft unterscheiden.
8. Verdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Federelement (62) vorgesehen ist, über welches die Stelleinrichtung (24) am Verdichtergehäuse (12) abstützbar ist, wobei das Federelement (62) unter Beaufschlagen der Stelleinrichtung (24) mit einer Federkraft, mittels welcher die Stelleinrichtung (24) aus einer der Stellungen in die andere Stellung bewegbar ist, in der einen Stellung stärker als in der anderen Stellung gespannt ist.
9. Verdichter (10) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verdichtergehäuse (12) wenigstens einen Versorgungskanal (64) aufweist, über welchen die Stelleinrichtung (24) unter Bewegen der Stelleinrichtung (24) aus der anderen Stellung in die eine Stellung und unter Spannen des Federelements (62) mit einem Medium, insbesondere einer Flüssigkeit oder einem Gas, beaufschlagbar ist.
10. Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines
Kraftwagen, mit einem Verdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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