WO2016184551A1 - Radialverdichter, insbesondere für einen abgasturbolader einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Radialverdichter, insbesondere für einen abgasturbolader einer verbrennungskraftmaschine Download PDF

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WO2016184551A1
WO2016184551A1 PCT/EP2016/000765 EP2016000765W WO2016184551A1 WO 2016184551 A1 WO2016184551 A1 WO 2016184551A1 EP 2016000765 W EP2016000765 W EP 2016000765W WO 2016184551 A1 WO2016184551 A1 WO 2016184551A1
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WO
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blade
diffuser
guide
vane
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Michael Wöhr
Markus Mueller
Elias Chebli
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    • F05D2240/304—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the trailing edge of a rotor blade

Definitions

  • the invention relates to a radial compressor, in particular for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, according to the preamble of patent claim 1.
  • the centrifugal compressor has a compressor wheel, which has at least one compressor blade with a blade outlet angle.
  • the compressor wheel is accommodated, for example, in a housing of the radial compressor and thereby rotatable about an axis of rotation relative to the housing.
  • Compressor in particular the compressor blade, compressed.
  • the air flows, for example, the compressor wheel at least substantially in the axial direction of the compressor and is deflected by the compressor at least substantially in the radial direction, so that the air flows off the compressor, in particular the compressor blade, for example, at least substantially in the radial direction.
  • the radial compressor further comprises a downstream of the compressor impeller arranged in which at least one vane is arranged with a blade inlet angle.
  • the diffuser is a flow channel, which extends, for example, at least substantially in the radial direction and can be flowed through by the compressed air flowing away from the compressor wheel.
  • the guide blade serves to guide the compressed air, so that, for example, particularly advantageous flow conditions can be realized in the diffuser.
  • the diffuser is designed as a so-called bladed diffuser whose design point is usually identical to the design point of the compressor wheel.
  • the compressor wheel and the guide vane or a guide device comprising the guide vane and arranged in the diffuser have their respective efficiency at the same mass flow rate of the air, which leads to a high peak efficiency but to a particularly narrow characteristic field.
  • Object of the present invention is therefore to develop a centrifugal compressor of the type mentioned in such a way that a particularly high efficiency and a particularly wide map of the centrifugal compressor can be realized.
  • Patent claim 1 solved.
  • the sum of the blade outlet angle and the blade inlet angle is at least 104 degrees.
  • the design point of the compressor wheel differs from the design point of the vane or a guide device comprising the guide vane. Due to these different design points of the compressor wheel and the guide vane or the guide both components, that is, the compressor and the vane or the guide their highest efficiency at different
  • Compressor bucket has.
  • the aforementioned guide is arranged, which the vane and at least one in the circumferential direction of the Compressor on the guide vane following and arranged in the diffuser, the second vane comprises.
  • the quotient of the throat cross section of the guide device and the throat cross section of the compressor wheel is in a range of from 0.4 to 0.8 inclusive, in particular from 0.5 to 0.6 inclusive.
  • Radial compressor is displayed.
  • a particularly efficient operation of the exhaust gas turbocharger and the internal combustion engine designed, for example, as a reciprocating internal combustion engine can be realized, so that, for example, the fuel consumption of the internal combustion engine can be kept particularly low.
  • Fig. 1 three diagrams, which efficiencies of centrifugal compressors
  • Fig. 2 is a fragmentary schematic front view of a
  • a centrifugal compressor comprising a compressor wheel having at least one compressor blade with a blade outlet angle, and with a downstream of the compressor impeller arranged in which at least one vane with a blade inlet angle, wherein the sum of the blade exit angle and the blade entry angle is at least 104 degrees.
  • Fig. 1 shows several diagrams 10, 12 and 14, which illustrate respective efficiencies of centrifugal compressors.
  • the diagrams 12 and 14 illustrate respective efficiencies of a fragmentary shown in Fig. 2 and 16
  • the respective radial compressor is for example part of an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, which is designed for example as a reciprocating internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is used
  • the exhaust gas turbocharger in this case has a in the
  • Exhaust tract arranged turbine which is driven by the exhaust gas.
  • the turbine comprises a turbine housing and a in the turbine housing
  • 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 rotatably connected to the turbine wheel shaft.
  • the shaft is together with the turbine wheel about the axis of rotation relative to the
  • the internal combustion engine further comprises an air intake through which a gas in the form of air intake tract, by means of which the air in at least one
  • Combustion chamber in particular cylinder, the internal combustion engine is performed.
  • the respective centrifugal compressor is arranged in the intake tract and has a
  • Compressor housing and a compressor which is arranged in the compressor housing and is rotatable about an axis of rotation relative to the compressor wheel.
  • Compressor wheel is part of the rotor and also rotatably connected to the shaft, so that the axis of rotation of the compressor wheel with the axis of rotation of the
  • Radial compressor in particular the compressor wheel, is compressed.
  • energy contained in the exhaust gas is used to compress the air.
  • the respective radial compressor has a downstream of the respective compressor wheel arranged diffuser, which of the compacted by means of the compressor wheel and Air flowing from the compressor wheel can flow through or is flowed through during operation of the centrifugal compressor.
  • the diffuser is a channel through which air can flow, which extends, for example, at least substantially in the radial direction.
  • the air flows through the radial compressor and in particular the diffuser with a mass flow, this mass flow is plotted on the respective abscissa 18 of the respective diagram 10, 12 and 14 respectively. Furthermore, the respective diagram 10, 12 and 14 has an ordinate 20, on which - as will be explained in more detail below - a respective efficiency is plotted.
  • the diffuser can be unopened. This means that in the diffuser no
  • the diffuser is bladed.
  • at least one guide vane for guiding the air is arranged in the diffuser.
  • a diffuser is arranged in the diffuser, which has a plurality of guide vanes, that is to say at least two guide vanes for guiding the air flowing through the diffuser.
  • a history 24 is entered, which, for example, the
  • the bladed diffuser compressor illustrated with reference to FIG. 10 is configured such that the compressor wheel and the diffuser disposed in the diffuser
  • the centrifugal compressor 16 illustrated in FIG. 2 is configured as follows: the compressor wheel of the
  • Radial compressor 16 is shown in Fig. 2 fragmentary and designated 26. Furthermore, in Fig. 2, the designated 28 compressor blades of the compressor wheel 26 can be seen.
  • a first of the compressor blades 28 with A and a second of the compressor blades 28 denoted by B wherein - as can be seen from Fig. 2 - the second compressor blade B follows in the circumferential direction of the compressor wheel 26 to the first compressor blade A.
  • the second compressor blade B follows in
  • Circumferential direction of the compressor wheel 26 directly or directly to the first compressor blade A This means that between the immediate
  • the diffuser 30 is designed as a bladed diffuser, wherein in the diffuser 30 a guide 32 is arranged, which several, arranged in the diffuser 30
  • Guide vanes 34 includes.
  • the vanes 34 are formed in the manner of a support surface. This means that the respective vane 34 is formed for example as a wing profile.
  • the vanes 34 disposed in the diffuser 30 are arranged sequentially in the circumferential direction of the compressor wheel 24, for example, a first of the vanes 34 being designated C and a second of the vanes 34 being D.
  • a third of the guide vanes 34 is denoted by E. From Fig. 2 it can be seen that the second blade D in the circumferential direction of the
  • Compressor 26 directly follows the first vane C, so that between the vanes C and D no further vane of the guide 32 is arranged. Further, the third vane E follows in the circumferential direction of the compressor wheel 26 directly to the second vane D.
  • the guide 32 is also referred to as
  • Tracking grid referred to, as it downstream in the flow direction of the air
  • Compressor 26 is arranged and used to conduct the compressed and flowing from the compressor 26 air. As illustrated by the example of the first compressor blade A, the respective compressor blade 28 has a blade outlet angle a 2 , b . This particular
  • Blade outlet angle a 2 , b closes the respective compressor blade 28, in particular in its respective outlet region, via which the respective compressor blade 28 is discharged from the air, with the radial, which is illustrated in Fig. 2 by two dashed lines R.
  • Compressor blade 28 thus at the blade exit angle a 2 , b from.
  • the respective vane 34 has a blade inlet angle a 3 b .
  • the respective vane 34 in particular its respective inlet region, via which the respective vane 34 is impinged by the air, the respective vane inlet angle a 3 , b with the radial, so that the respective vane 34 inflowing air the respective vane 34, for example, below the blade inlet angle a 3 , b flows.
  • a dashed curve 40 is entered, which corresponds to the curve 22 in the diagram 10 and serves for comparison purposes. Furthermore, a curve 42 is entered in the diagram 14, which has the resulting efficiency
  • Guide 32 is in a range of from 0.4 to 0.8 inclusive, preferably in a range of from 0.5 to 0.6 inclusive. In other words, it is preferable that shoufei _ ⁇ m ⁇ 0.4 ⁇ x ⁇ 0.8, preferably 0.5 ⁇ x ⁇ 0.6
  • the neck cross-section A Rad is limited, for example, by the immediately successive compressor blades A and B and characterizes a distance, in particular angular distance, between the compressor blades A and B.
  • the neck cross-section A SC of the guide 32 is limited and characterized by the immediately successive guide vanes C and D. for example, a distance, in particular

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter (16), insbesondere für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Verdichterrad (26), welches wenigstens eine Verdichterschaufel (A) mit einem Schaufelaustrittswinkel (α2,b) aufweist, und mit einem stromab des Verdichterrads (26) angeordneten Diffusor (30), in welchem wenigstens eine Leitschaufel (C) mit einem Schaufeleintrittswinkel (α3,b) angeordnet ist, wobei die Summe des Schaufelaustrittswinkels (α2,b) und des Schaufeleintrittswinkels (α3,b) mindestens 104 Grad beträgt.

Description

Radialverdichter, insbesondere für einen Abgasturbolader einer
Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter, insbesondere für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein solcher Radialverdichter, insbesondere für einen Abgasturbolader einer
Verbrennungskraftmaschine, ist beispielsweise bereits der WO 2009/007404 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Radialverdichter weist ein Verdichterrad auf, welches wenigstens eine Verdichterschaufel mit einem Schaufelaustrittswinkel aufweist. Das Verdichterrad ist beispielsweise in einem Gehäuse des Radialverdichters aufgenommen und dabei um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar. Während des Betriebs des Radialverdichters wird den Radialverdichter durchströmende Luft mittels des
Verdichterrads, insbesondere der Verdichterschaufel, verdichtet. Dabei strömt die Luft beispielsweise das Verdichterrad zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung des Verdichterrads an und wird mittels des Verdichterrads zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung umgelenkt, sodass die Luft das Verdichterrad, insbesondere die Verdichterschaufel, beispielsweise zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung abströmt.
Der Radialverdichter weist ferner einen stromab des Verdichterrads angeordneten Diffusor auf, in welchem wenigstens eine Leitschaufel mit einem Schaufeleintrittswinkel angeordnet ist. Der Diffusor ist ein Strömungskanal, welcher sich beispielsweise zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckt und von der verdichteten und von dem Verdichterrad abströmenden Luft durchströmbar ist. Die Leitschaufel dient dabei zum Leiten der verdichteten Luft, sodass beispielsweise in dem Diffusor besonders vorteilhafte Strömungsbedingungen realisiert werden können. Derartige Diffusoren für Radialverdichter sind in Kraftfahrzeuganwendungen
üblicherweise unbeschaufelt, um eine große Kennfeldbreite zu erzielen. Ist in dem Diffusor wenigstens ein Leitelement in Form einer Leitschaufel angeordnet, so ist der Diffusor als sogenannter beschaufelter Diffusor ausgebildet, dessen Auslegungspunkt üblicherweise identisch mit dem Auslegungspunkt des Verdichterrads ist. Dadurch weisen das Verdichterrad und die Leitschaufel beziehungsweise eine die Leitschaufel umfassende und im Diffusor angeordnete Leiteinrichtung ihren jeweiligen Wirkungsgrad bei demselben Massenstrom der Luft auf, was für einen hohen Spitzenwirkungsgrad, jedoch zu einem besonders schmalen Kennfeld führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Radialverdichter der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders hoher Wirkungsgrad sowie ein besonders breites Kennfeld des Radialverdichters realisiert werden können.
Diese Aufgabe wird durch einen Radialverdichter mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen
Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um einen Radialverdichter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sowohl ein besonders hoher Wirkungsgrad als auch ein besonders breites Kennfeld des Radialverdichters realisiert werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Summe des Schaufelaustrittswinkels und des Schaufeleintrittswinkels mindestens 104 Grad beträgt. Die der Erfindung
zugrundeliegende Idee ist, dass sich der Auslegungspunkt des Verdichterrads von dem Auslegungspunkt der Leitschaufel beziehungsweise einer die Leitschaufel umfassenden Leiteinrichtung unterscheidet. Durch diese unterschiedlichen Auslegungspunkte des Verdichterrads und der Leitschaufel beziehungsweise der Leiteinrichtung weisen beide Komponenten, das heißt das Verdichterrad und die Leitschaufel beziehungsweise die Leiteinrichtung ihren jeweils höchsten Wirkungsgrad bei unterschiedlichen
Massenströmen auf. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Summe des Schaufelaustrittswinkels und des Schaufeleintrittswinkels mindestens 104 Grad beträgt beziehungsweise ergibt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Verdichterrad wenigstens ein in Umfangsrichtung des Verdichterrads auf die Verdichterschaufel folgende, zweite
Verdichterschaufel aufweist. Dabei ist in dem Diffusor die zuvor genannte Leiteinrichtung angeordnet, welche die Leitschaufel und wenigstens eine in Umfangsrichtung des Verdichterrads auf die Leitschaufel folgende und in dem Diffusor angeordnete, zweite Leitschaufel umfasst. Dabei liegt der Quotient von Halsquerschnitt der Leiteinrichtung und Halsquerschnitt des Verdichterrads in einem Bereich von einschließlich 0,4 bis einschließlich 0,8, insbesondere von einschließlich 0,5 bis einschließlich 0,6.
Durch die unterschiedlichen Auslegungspunkte des Verdichterrads und der Leitschaufel beziehungsweise der Leiteinrichtung kann ein besonders breites Kennfeld des
Radialverdichters mit einem sehr hohen Wirkungsgrad, insbesondere in einem
Hauptfahrbereich, realisiert werden, sodass ein besonders effizienter Betrieb des
Radialverdichters darstellbar ist. In der Folge kann ein besonders effizienter Betrieb des Abgasturboladers und der beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungsmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine realisiert werden, sodass beispielsweise der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden kann.
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 drei Diagramme, welche Wirkungsgrade von Radialverdichtern
veranschaulichen; und
Fig. 2 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht eines
Radialverdichters, mit einem Verdichterrad, welches wenigstens eine Verdichterschaufel mit einem Schaufelaustrittswinkel aufweist, und mit einem stromab des Verdichterrads angeordneten Diffusor, in welchem wenigstens eine Leitschaufel mit einem Schaufeleintrittswinkel angeordnet ist, wobei die Summe des Schaufelaustrittswinkels und des Schaufeleintrittswinkels mindestens 104 Grad beträgt. Fig. 1 zeigt mehrere Diagramme 10, 12 und 14, welche jeweilige Wirkungsgrade von Radialverdichtern veranschaulichen. Die Diagramme 12 und 14 veranschaulichen dabei jeweilige Wirkungsgrade eines in Fig. 2 ausschnittsweise gezeigten und mit 16
bezeichneten Radialverdichters, wobei das Diagramm 10 jeweilige Wirkungsgrade eines von dem Radialverdichter 16 unterschiedlichen, anderen Radialverdichters
veranschaulicht.
Der jeweilige Radialverdichter ist beispielsweise Bestandteil eines Abgasturboladers einer Verbrennungskraftmaschine, welche beispielsweise als Hubkolben- Verbrennungsmaschine ausgebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine dient
beispielsweise zum Antreiben eines Kraftwagens, insbesondere eines
Personenkraftwagens, und weist einen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgastrakt auf. Der Abgasturbolader weist hierbei eine in dem
Abgastrakt angeordnete Turbine auf, welche von dem Abgas antreibbar ist. Hierzu umfasst die Turbine ein Turbinengehäuse sowie ein in dem Turbinengehäuse
angeordnetes 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 mit dem Turbinenrad drehfest verbundene Welle umfasst. Die Welle ist dabei zusammen mit dem Turbinenrad um die Drehachse relativ zu dem
Turbinengehäuse drehbar.
Die Verbrennungskraftmaschine weist ferner einen von einem Gas in Form von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt auf, mittels welchem die Luft in wenigstens einen
Brennraum, insbesondere Zylinder, der Verbrennungskraftmaschine geführt wird. Der jeweilige Radialverdichter ist dabei in dem Ansaugtrakt angeordnet und weist ein
Verdichtergehäuse sowie ein Verdichterrad auf, welches in dem Verdichtergehäuse angeordnet und um eine Drehachse relativ zu dem Verdichterrad drehbar ist. Das
Verdichterrad ist dabei Bestandteil des Rotors und ebenfalls drehfest mit der Welle verbunden, sodass die Drehachse des Verdichterrads mit der Drehachse des
Turbinenrads und der Welle zusammenfällt. Durch die drehfeste Verbindung des
Verdichterrads mit der Welle ist das Verdichterrad über die Welle von dem Turbinenrad antreibbar, wodurch die den Ansaugtrakt durchströmende Luft mittels des
Radialverdichters, insbesondere des Verdichterrads, verdichtet wird. Somit wird im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt.
Der jeweilige Radialverdichter weist einen stromab des jeweiligen Verdichterrads angeordneten Diffusor auf, welcher von der mittels des Verdichterrads verdichteten und von dem Verdichterrad abströmenden Luft durchströmbar ist beziehungsweise während des Betriebs des Radialverdichters durchströmt wird. Der Diffusor ist dabei ein von der Luft durchströmbarer Kanal, welcher sich beispielsweise zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckt.
Während des Betriebs des Radialverdichters durchströmt die Luft den Radialverdichter und insbesondere den Diffusor mit einem Massenstrom, wobei dieser Massenstrom auf der jeweiligen Abszisse 18 des jeweiligen Diagramms 10, 12 beziehungsweise 14 aufgetragen ist. Ferner weist das jeweilige Diagramm 10, 12 und 14 eine Ordinate 20 auf, auf welcher - wie im Folgenden noch genauer erläutert wird - ein jeweiliger Wirkungsgrad aufgetragen ist.
Der Diffusor kann unbeschaufelt sein. Dies bedeutet, dass in dem Diffusor keine
Leitschaufeln angeordnet sind. In das Diagramm 10 ist dabei ein Verlauf 22 eingetragen, welcher den Wirkungsgrad beziehungsweise Wirkungsgradverlauf des Radialverdichters mit unbeschaufeltem Diffusor veranschaulicht.
Alternativ ist es denkbar, dass der Diffusor beschaufelt ist. Hierbei ist wenigstens eine Leitschaufel zum Leiten der Luft in dem Diffusor angeordnet. Ist der Diffusor als beschaufelter Diffusor ausgebildet, so ist üblicherweise eine in dem Diffusor angeordnete Leiteinrichtung vorgesehen, welche eine Mehrzahl von Leitschaufeln, das heißt wenigstens zwei Leitschaufeln zum Leiten der Luft, die den Diffusor durchströmt, aufweist. In das Diagramm 10 ist ein Verlauf 24 eingetragen, welcher beispielsweise den
Wirkungsgrad beziehungsweise Wirkungsgradverlauf des Radialverdichters mit beschaufeltem Diffusor veranschaulicht.
Der anhand des Diagramms 10 veranschaulichte Verdichter mit beschaufeltem Diffusor ist derart ausgebildet, dass das Verdichterrad und die im Diffusor angeordnete
Leiteinrichtung denselben Auslegungspunkt aufweisen. Dies bedeutet, dass beide
Komponenten (Leiteinrichtung und Verdichterrad) bei dem Radialverdichter mit
beschaufeltem Diffusor ihren jeweiligen höchsten Wirkungsgrad bei demselben
Massenstrom aufweisen, welcher im Diagramm 10 mit m1 bezeichnet ist. Dieser
Wirkungsgrad der Komponenten und somit des Radialverdichters insgesamt ist besonders hoch, jedoch weist der Radialverdichter mit beschaufeltem Diffusor ein nur sehr schmales Kennfeld auf. Anhand des Verlaufs 22 ist im Vergleich zum Verlauf 24 zu erkennen, dass der Radialverdichter mit unbeschaufeltem Diffusor im jeweiligen Hauptfahrbereich zwar einen geringeren Wirkungsgrad, jedoch ein wesentlich breiteres Kennfeld aufweist.
Um diesen Zielkonflikt zwischen hohem Wirkungsgrad, insbesondere
Spitzenwirkungsgrad, und breitem Kennfeld zu lösen, ist der in Fig. 2 veranschaulichte Radialverdichter 16 folgendermaßen ausgestaltet: Das Verdichterrad des
Radialverdichters 16 ist in Fig. 2 ausschnittsweise erkennbar und mit 26 bezeichnet. Ferner sind in Fig. 2 die mit 28 bezeichneten Verdichterschaufeln des Verdichterrads 26 erkennbar. Dabei ist beispielsweise eine erste der Verdichterschaufeln 28 mit A und eine zweite der Verdichterschaufeln 28 mit B bezeichnet, wobei - wie aus Fig. 2 erkennbar ist - die zweite Verdichterschaufel B in Umfangsrichtung des Verdichterrads 26 auf die erste Verdichterschaufel A folgt. Vorliegend folgt die zweite Verdichterschaufel B in
Umfangsrichtung des Verdichterrads 26 unmittelbar beziehungsweise direkt auf die erste Verdichterschaufel A. Dies bedeutet, dass zwischen den unmittelbar
aufeinanderfolgenden Verdichterschaufeln A und B keine weitere Verdichterschaufel des Verdichterrads 26 angeordnet ist.
Der in Strömungsrichtung der Luft stromab des Verdichterrads 26 angeordnete Diffusor des Radialverdichters 16 ist in Fig. 2 mit 30 bezeichnet. Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, ist der Diffusor 30 als beschaufelter Diffusor ausgebildet, wobei in dem Diffusor 30 eine Leiteinrichtung 32 angeordnet ist, welche mehrere, im Diffusor 30 angeordnete
Leitschaufeln 34 umfasst. Vorzugsweise sind die Leitschaufeln 34 nach Art einer Tragfläche ausgebildet. Dies bedeutet, dass die jeweilige Leitschaufel 34 beispielsweise als Tragflächenprofil ausgebildet ist. Die in dem Diffusor 30 angeordnete Leitschaufeln 34 sind in Umfangsrichtung des Verdichterrads 24 aufeinanderfolgend angeordnet, wobei beispielsweise eine erste der Leitschaufeln 34 mit C und eine zweite der Leitschaufeln 34 mit D bezeichnet ist. Ferner ist eine dritte der Leitschaufeln 34 mit E bezeichnet. Aus Fig. 2 ist erkennbar, dass die zweite Lautschaufel D in Umfangsrichtung des
Verdichterrads 26 unmittelbar auf die erste Leitschaufel C folgt, sodass zwischen den Leitschaufeln C und D keine weitere Leitschaufel der Leiteinrichtung 32 angeordnet ist. Ferner folgt die dritte Leitschaufel E in Umfangsrichtung des Verdichterrads 26 unmittelbar auf die zweite Leitschaufel D. Die Leiteinrichtung 32 wird auch als
Nachlaufgitter bezeichnet, da sie in Strömungsrichtung der Luft stromab des
Verdichterrads 26 angeordnet ist und zum Leiten der verdichteten und vom Verdichterrad 26 abströmenden Luft dient. Wie am Beispiel der ersten Verdichterschaufel A veranschaulicht ist, weist die jeweilige Verdichterschaufel 28 einen Schaufelaustrittswinkel a2,b auf. Diesen jeweiligen
Schaufelaustrittswinkel a2,b schließt die jeweilige Verdichterschaufel 28, insbesondere in Ihrem jeweiligen Austrittsbereich, über welchen die jeweilige Verdichterschaufel 28 von der Luft abgeströmt wird, mit der Radialen ein, welche in Fig. 2 durch zwei gestrichelte Linien R veranschaulicht ist. Die von dem Verdichterrad 26, insbesondere von der jeweiligen Verdichterschaufel 28, abströmende Luft strömt die jeweilige
Verdichterschaufel 28 somit unter dem Schaufelaustrittswinkel a2,b ab.
Am Beispiel der dritten Leitschaufel E ist in Fig. 2 ferner erkennbar, dass die jeweilige Leitschaufel 34 einen Schaufeleintrittswinkel a3 b aufweist. Dabei schließt die jeweilige Leitschaufel 34, insbesondere ihr jeweiliger Eintrittsbereich, über welchen die jeweilige Leitschaufel 34 von der Luft angeströmt wird, den jeweiligen Schaufeleintrittswinkel a3,b mit der Radialen ein, sodass die die jeweilige Leitschaufel 34 anströmende Luft die jeweilige Leitschaufel 34 beispielsweise unter dem Schaufeleintrittswinkel a3,b anströmt.
Um nun - wie anhand der Diagramme 12 und 14 erkennbar ist - einerseits einen besonders hohen Wirkungsgrad und andererseits ein besonders breites Kennfeld des Radialverdichters 16, insbesondere im Hauptfahrbereich, zu realisieren, beträgt die Summe des Schaufelaustrittswinkels a2,b und des Schaufeleintrittswinkels a3,b mindestens 104 Grad. Mit anderen Worten gilt: a2,b + a3,b 2: 104 Grad.
Aus dieser Ausgestaltung des Radialverdichters 16 resultiert, dass das Verdichterrad 26 und das Nachlaufgitter (Leiteinrichtung 32) unterschiedliche Auslegungspunkte aufweisen und somit ihren jeweils höchsten Wirkungsgrad bei unterschiedlichen Massenströmen erzielen.
Dies ist anhand des Diagramms 12 in Fig. 1 erkennbar. Ein in das Diagramm 12 eingetragener Verlauf 36 veranschaulicht den Wirkungsgrad beziehungsweise
Wirkungsgradverlauf und somit die Auslegung des Verdichterrads 26, wobei ein in das Diagramm 12 eingetragener Verlauf 38 den Wirkungsgrad beziehungsweise
Wirkungsgradverlauf und somit die Auslegung der Leiteinrichtung 32 beziehungsweise des Diffusors 30 veranschaulicht. Das Verdichterrad 26 weist seinen höchsten
Wirkungsgrad bei dem Massenstrom m1 auf, wobei der Diffusor 30 beziehungsweise die Leiteinrichtung 32 seinen beziehungsweise ihren höchsten Wirkungsgrad bei einem vom Massenstrom m1 unterschiedlichen zweiten Massenstrom m2 aufweist. Der Massenstrom m2 ist dabei geringer als der Massenstrom m1.
In das Diagramm 14 ist ein gestrichelter Verlauf 40 eingetragen, welcher dem Verlauf 22 im Diagramm 10 entspricht und zu Vergleichszwecken dient. Ferner ist in das Diagramm 14 ein Verlauf 42 eingetragen, welcher den resultierenden Wirkungsgrad
beziehungsweise den resultierenden Wirkungsgradverlauf der Leiteinrichtung 32 und des Verdichterrads 26 und somit des Radialverdichters 16 insgesamt veranschaulicht. Anhand eines Vergleichs der Verläufe 40 und 42 ist erkennbar, dass durch die geschilderte Ausgestaltung des Radialverdichters 16 ein besonders hoher Wirkungsgrad,
insbesondere Spitzenwirkungsgrad, im Hauptfahrbereich realisiert werden kann bei gleichzeitiger Realisierbarkeit eines besonders breiten Kennfelds.
Bei dem Radialverdichter 16 ist es ferner vorzugsweise vorgesehen, dass der Quotient von Halsquerschnitt ARad des Verdichterrads 26 und Halsquerschnitt ASChaufei der
Leiteinrichtung 32 in einem Bereich von einschließlich 0,4 bis einschließlich 0,8, vorzugsweise in einem Bereich von einschließlich 0,5 bis einschließlich 0,6, liegt. Mit anderen Worten gilt vorzugsweise: schaufei _ χ m^ 0,4 < x < 0,8, vorzugsweise 0,5 < x < 0,6
^Rad
Der Halsquerschnitt ARad wird beispielsweise durch die unmittelbar aufeinanderfolgenden Verdichterschaufeln A und B begrenzt und charakterisiert einen Abstand, insbesondere Winkelabstand, zwischen den Verdichterschaufeln A und B. Der Halsquerschnitt ASChaufei der Leiteinrichtung 32 wird durch die unmittelbar aufeinanderfolgenden Leitschaufeln C und D begrenzt und charakterisiert beispielsweise einen Abstand, insbesondere
Winkelabstand, zwischen den unmittelbar aufeinanderfolgenden Leitschaufeln C und D.
Bezugszeichenliste
10 Diagramm
12 Diagramm
14 Diagramm
16 Radialverdichter
18 Abszisse
20 Ordinate
22 Verlauf
24 Verlauf
26 Verdichterrad
28 Verdichterschaufeln
30 Diffusor
32 Leiteinrichtung
34 Leitschaufeln
36 Verlauf
38 Verlauf
40 Verlauf
42 Verlauf
A erste Verdichterschaufel
B zweite Verdichterschaufel
C erste Leitschaufel
D zweite Leitschaufel
E dritte Leitschaufel
R gestrichelte Linie
ARad Halsquerschnitt
Aschaufel Halsquerschnitt m1 Massenstrom
m2 Massenstrom
d2,b Schaufelaustrittswinkel
C(3,b Schaufeleintrittswinkel

Claims

Patentansprüche
1. Radialverdichter (16), insbesondere für einen Abgasturbolader einer
Verbrennungskraftmaschine, mit einem Verdichterrad (26), welches wenigstens eine Verdichterschaufel (A) mit einem Schaufelaustrittswinkel (a2,t>) aufweist, und mit einem stromab des Verdichterrads (26) angeordneten Diffusor (30), in welchem wenigstens eine Leitschaufel (C) mit einem Schaufeleintrittswinkel (a3,b) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Summe des Schaufelaustrittswinkels (a2,b) und des Schaufeleintrittswinkels (a3 b) mindestens 104 Grad beträgt.
2. Radialverdichter (16) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verdichterrad (26) wenigstens eine in Umfangsrichtung des Verdichterrads (26) auf die Verdichterschaufel (A) folgende, zweite Verdichterschaufel (B) aufweist, wobei in dem Diffusor (30) eine Leiteinrichtung (32) angeordnet ist, welche die Leitschaufel (C) und wenigstens eine in Umfangsrichtung des Verdichterrads (26) auf die Leitschaufel (C) folgende und in dem Diffusor (30) angeordnete, zweite Leitschaufel (D) umfasst, und wobei der Quotient von Halsquerschnitt (ASChaufei) der Leiteinrichtung (32) und Halsquerschnitt (ARad) des Verdichterrads (26) in einem Bereich von einschließlich 0,4 bis einschließlich 0,8 liegt.
3. Radialverdichter (16) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Quotient in einem Bereich von einschließlich 0,5 bis einschließlich 0,6 liegt.
4. Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, mit einem Radialverdichter (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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