WO2020025607A1

WO2020025607A1 - Radialverdichter, aufladevorrichtung und brennkraftmaschine mit abgasrückführeinrichtung

Info

Publication number: WO2020025607A1
Application number: PCT/EP2019/070490
Authority: WO
Inventors: Mathias BOGNER; Christoph Schäfer; Sasa SLAVIC
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2020-02-06
Also published as: DE102018212756B3

Abstract

Es wird ein Radialverdichter (5) für eine AufladeVorrichtung (2) einer Brennkraftmaschine (1), eine entsprechende Aufladevorrichtung (2) und eine Brennkraftmaschine (1) mit einer entsprechenden AufladeVorrichtung (2) beschrieben. Der Radialverdichter (5) weist ern Verdichterrad (11), ernen Luft-Ansaugkanal (8), eine Versteil-Blendenvorrichtung (7) zur Querschnittsveränderung des Luft-Ansaugkanals (8) im Einlassbereich des Verdichters (5) und erne Abgas-Einleiteinrichtung (9), zum Ein-leiten eines über eine Abgasrückführeinrichtung (6) der Brennkraftmaschine (1) zurückgeführten Abgas-Massenstromes (AM) in den Einlassbereich des Verdichters (5) auf, wobei die Abgas-Einleiteinrichtung (9) zur Ein-leitung des Abgasmassenstroms, zwischen der Verstell-Blendenvorrichtung (7) und dem Verdichterrad (11), in den Einlassbereich des Verdichters (5), eingerichtet ist. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders geringer Bauraumbedarf.

Description

Beschreibung

Radialverdichter, Aufladevorrichtung und Brennkraftmaschine mit Abgasrückführeinrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radialverdichter für eine Aufladevorrichtung einer Brennkraftmaschine, eine ent sprechende Aufladevorrichtung und eine entsprechende Brenn kraftmaschine mit einem solchen Radialverdichter.

Dabei weist ein gattungsgemäßer Radialverdichter ein in einem Verdichtergehäuse um eine Verdichterachse drehbar gelagertes Verdichterrad, einen Luft-Ansaugkanal zur Beaufschlagung des Verdichterrades mit einem Luftmassenstrom und eine Ver- stell-Blendenvorrichtung zur Querschnittsveränderung im

Luft-Ansaugkanal im Einlassbereich des Radialverdichters auf. Eine entsprechende Aufladevorrichtung ist beispielsweise als Abgasturbolader ausgeführt und die Brennkraftmaschine, bei spielsweise ein bekannter Otto- oder Diesel-Verbrennungsmotor, weist eine Abgasrückführeinrichtung zum Zurückleiten eines Teils des Abgasmassenstroms der Brennkraftmaschine in den

Luft-Ansaugbereich der Brennkraftmaschine auf.

Ein Radialverdichter für eine Aufladevorrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader, einer Brennkraftmaschine ist in seinem Betriebsverhalten charakterisiert durch ein sogenanntes Ver dichterkennfeld, das den Druckaufbau über dem Durchsatz für verschiedene Verdichterdrehzahlen oder Umfangsgeschwindig keiten des Verdichterrades beschreibt. Der stabile und nutzbare Bereich des Kennfeldes des Radialverdichters wird begrenzt durch die sogenannte Pumpgrenze hin zu niedrigen Durchsätzen, durch die sogenannte Stopfgrenze hin zu höheren Durchsätzen und struk turmechanisch durch die maximale Drehzahlgrenze. Bei der An passung des Radialverdichters an die Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine wird ein Radialverdichter mit für die Brennkraftmaschine möglichst günstigem Verdichterkennfeld ausgewählt. Hierbei ist eine entsprechende Kennfeldbreite erforderlich. Diese kann über eine Variabilität am Lufteinlass bzw. im Luft-Ansaugkanal des Radialverdichters beeinflusst werden. Mit anderen Worten, kann mit Hilfe einer Einrichtung zur Querschnittsveränderung des Luft-Ansaugkanals , beispielsweise einer Verstell-Blendenvorrichtung, der dem Verdichterrad zu geführte Luftmassenstrom variiert und somit der nutzbare Bereich des Verdichterkennfeldes verlagert bzw. erweitert werden.

Wie eingangs bereits erwähnt weist eine in diesem Zusammenhang betrachtete Brennkraftmaschine mit einer entsprechenden Auf- ladevorrichtug mit Radialverdichter, zur Verbrauchssenkung bzw. zur Entdrosselung im Teillastbetrieb zusätzlich eine Abgas rückführeinrichtung, zum Beispiel eine sogenannte Nieder druckabgasrückführung auf, die häufig und im Folgenden auch verkürzt als AGR-Einrichtung bezeichnet wird. Dabei wird ein über ein Abgasrückführventil begrenzter Teil des von der Brenn kraftmaschine ausgestoßenen Abgasmassestromes in den

Luft-Ansaugbereich des Verbrennungsmotors zurückgeleitet. Die Brennkraftmaschine wird dadurch mit einem vergrößerten Anteil an Inertgas betrieben. In der Folge sinkt die spezifische Leistung und die Brennkraftmaschine kann im Vergleich zum Betrieb ohne AGR-Einrichtung entdrosselt werden, wodurch der Kraftstoff verbrauch sinkt und der Schadstoffausstoß positiv beeinflusst wird. Um möglichst hohe AGR-Raten zu ermöglichen, ist ein entsprechendes Druckgefälle zwischen der Entnahmestelle am Abgasstrang und der Einleitstelle am Luft-Ansaugbereich notwendig. Dies kann beispielsweise durch eine Reduktion des Ansaugdruckes insbesondere vor dem Radialverdichter erzielt werden . Was die im Einlassbereich des Radialverdichters vorgesehene Einrichtung zur Querschnittsveränderung des Luft-Ansaugkanales betrifft, so werden hier sogenannte Verstell-Blenden- vorrichtungen eingesetzt. Solche Verstell-Blendenvorrichtungen gibt es in unterschiedlichen Ausführungen, die dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt sind. Üblicherweise wird der Querschnitt des Luft-Ansaugkanals mittels Schieber-Blenden drehbarer Lochscheiben oder Drosselklappen und entsprechenden Betätigungsmechanismen verändert .

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Radialverdichter der eingangs beschriebenen Art, eine Auf ladevorrichtung und eine Brennkraftmaschine anzugeben, die eine besonders variable und effektive Abgasrückführung bei

gleichzeitiger Beeinflussung des Verdichterkennfeldes und so ein bezüglich Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß verbes sertes Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine ermöglichen. Darüber hinaus soll gleichzeitig ein besonders geringer Bau raumbedarf und eine reduzierte Bauteilezahl gewährleistet werden .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Radi alverdichter, eine Aufladevorrichtung mit einem solchen Ra dialverdichter und eine Brennkraftmaschine mit einer einen solchen Radialverdichter aufweisenden Aufladevorrichtung, gemäß der unabhängigen Ansprüche.

Ein erfindungsgemäßer Radialverdichter für eine Aufladevor richtung einer Brennkraftmaschine weist dazu ein Verdichter gehäuse und ein in dem Verdichtergehäuse aufgenommenes und um die Verdichterachse drehbar gelagertes Verdichterrad auf. Weiterhin weist der Radialverdichter einen Luft-Ansaugkanal zur Beauf- schlagung des Verdichterrades mit einem Luftmassenstrom und eine Verstell-Blendenvorrichtung zur Querschnittsveränderung im Luft-Ansaugkanal im Einlassbereich des Radialverdichters auf. Der erfindungsgemäße Radialverdichter ist dadurch gekenn zeichnet, dass im oder am Verdichtergehäuse eine Ab

gas-Einleiteinrichtung, zum Einleiten eines über eine

AGR-Einrichtung der Brennkraftmaschine zurückgeführten Ab- gas-Rückführ-Massenstromes in den Einlassbereich des Radial verdichters, vorgesehen ist. Diese Abgas-Einleiteinrichtung ist so angeordnet und eingerichtet, dass die Einleitung des Ab gasmassenstroms, zwischen der Verstell-Blendenvorrichtung des Luft-Ansaugkanals und dem Verdichterrad, in den Einlassbereich des Radialverdichters, insbesondere unmittelbar vor dem Ver dichterrad, eingerichtet ist. Die oben genannte Verdichterachse stellt gleichzeitig die Mittenachse des Luft-Ansaugkanals und der Verstell-Blendenvorrichtung dar bzw. fällt mit dieser zusammen .

Die genannte Verstell-Blendenvorrichtung zur Querschnitts veränderung im Luft-Ansaugkanal erfüllt die Aufgabe, den Einlass-Luftmassenstrom des Radialverdichters abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einzustellen und so das Verdichterkennfeld nach Erfordernis zu verschieben. Neben der Kennfeldverschiebung ermöglicht dies, den Wirkungsgrad des Radialverdichters im Vergleich zum nicht angedrosselten Fall anzuheben .

Durch die spezielle Anordnung und Einrichtung der Abgas-Ein leiteinrichtung, zum Einleiten des Abgasmassenstroms zwischen der Verstell-Blendenvorrichtung des Luft-Ansaugkanals und dem Verdichterrad in den Einlassbereich des Radialverdichters, wird gleichzeitig die Aufgabe erfüllt, die AGR-Rate abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zu justieren. Durch die Androsselung des Radialverdichters mittels der Ver- stell-Blendenvorrichtung, zum Beispiel bei niedrigen

Luft-Durchsätzen, entsteht ein Unterdruckgebiet unmittelbar stromabwärts der Verstell-Blendenvorrichtung, in dem Bereich des Luft-Ansaugkanals in dem die Abgas-Einleiteinrichtung erfin dungsgemäß einmündet. Dies bewirkt gleichzeitig eine Erhöhung der Effizienz der Abgasrückführung, also eine Erhöhung der AGR—Rate .

Die erfindungsgemäße Aufladevorrichtung für eine Brennkraft maschine zeichnet sich dadurch aus, dass sie als Abgasturbolader ausgebildet ist, der einen erfindungsgemäßen Radialverdichter mit den Merkmalen wie vorausgehend und nachfolgend beschrieben aufweist. Auf diese Weise wird zur Verdichtung der Ansaugluft die im Abgas ohnehin vorhandene Energie genutzt und so der Wir kungsgrad der Brennkraftmaschine weiter angehoben.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist eine Abgas rückführeinrichtung und eine damit in Verbindung stehende Aufladevorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Radialver dichter, mit den Merkmalen wie vorausgehend und nachfolgend beschrieben, auf.

Durch die erfindungsgemäßen Lösungen werden die beschriebenen Funktionalitäten, Steuerung des Luftmassenstromes, Beein flussung des nutzbaren Bereichs des Verdichterkennfeldes und Steigerung der AGR-Rate besonders vorteilhaft in einem Bauteil vereint. Dadurch ist es möglich, diese Funktionalitäten be sonders platzsparend zu realisieren und gleichzeitig Kosten zu sparen. Folgende Vorteile ergeben sich durch die Erfindung: Weniger Bauraumbedarf, geringere Kosten, weniger Wartungs aufwand und Ausfallrisiko durch weniger Bauteile, weniger Implementierungsaufwand, weil nur eine Stellvorrichtung not wendig ist, um beide Funktionalitäten zu erfüllen und eine verbesserte Abgas-Frischluft-Durchmischung . Die Erfindung sowie spezielle Ausführungsformen und Weiter bildungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Aus führungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert, obgleich der Gegenstand der Erfindung nicht auf diese Beispiele begrenzt sein soll.

Es zeigen:

Figur 1 eine vereinfachte schematische Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einer er findungsgemäßen AufladeVorrichtung;

Figur 2 zwei vereinfachte Schnittdarstellungen einer Aus führung des erfindungsgemäßen Radialverdichters in einer entlang der Verdichterachse verlaufenden Schnittebene und einer dazu senkrecht stehenden Schnittebene im Einlassbereich des Radialverdichters;

Figur 3 zwei vereinfachte Schnittdarstellungen einer weiteren

Ausführung des erfindungsgemäßen Radialverdichters in Schnittdarstellungen wie in Figur 2; und

Figur 4 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer weiteren

Ausführung des erfindungsgemäßen Radialverdichters hier nur in senkrecht zur Verdichterachse stehenden Schnittebene im Einlassbereich des Radialverdichters.

Funktions- und Benennungsgleiche Merkmale sind figurenüber- greifend durchgehend mit denselben Bezugszeichen gekenn zeichnet .

Die in Figur 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 weist einen Verbrennungsmotor la mit einem Luft-Ansaugkanal 8 und einem Abgasstrang 4 auf. Der im

Luft-Ansaugkanal 8 in den Verbrennungsmotor 1 eingeführte Luftmassenstrom LM wird über einen nur schematisch dargestellten Radialverdichter 5 einer Aufladevorrichtung 2, hier schematisch als Abgasturbolader 2 dargestellt, verdichtet. Unabhängig davon ist in einer anderen Ausführung der Aufladevorrichtung auch ein Antrieb des Verdichters mittels einer elektrischen Maschine ausführbar (hier nicht dargestellt) . Der hier gezeigte Ab gasturbolader 2 weist eine Turbine 3 auf, die vom Abgasmas senstrom AM des Verbrennungsmotors 1 angetrieben wird und über eine Läuferwelle 2a das Verdichterrad 11 (hier nicht dargestellt) des Verdichters 5 antreibt.

Ferner wird ein Teil des Abgasmassestroms AM, im Weiteren auch als Abgas-Rückführ-Massenstrom oder verkürzt als

AGR-Massenstrom AGRM bezeichnet, nach der Turbine 3 über eine Abgasrückführeinrichtung 6, mit einem Abgasrückführventil 6a und einer Abgasrückführleitung 6b, über den Abgaseinleitstutzen 9a und die Abgas-Einleitvorrichtung 9 des Radialverdichters 5 in den Luft-Ansaugkanal 8 im Einlassbereich des Radialverdichters 5 eingeführt .

Im Luftmassenstrom LM stromaufwärts der Abgas-Einleitein richtung 9 des Radialverdichters 5 befindet sich eine Ver- stell-Blendenvorrichtung 7 zur Querschnittsveränderung des Luft-Ansaugkanals 8, die beispielsweise als sogenannte Iris blende 7a ausgebildet sein kann.

Die Abgas-Einleiteinrichtung 9 ist hierbei im Luftmassenstrom LM stromabwärts der Verstell-Blendenvorrichtung 7 im Radialver dichter 5, vor dem Verdichterrad 11 (nicht dargestellt) in das Verdichtergehäuse 5a integriert. Diese Anordnung ermöglicht es, dass die Verstell-Blendenvorrichtung 7 quasi auch als Stellorgan für die Abgasrückführung (AGR-Drossel ) wirken kann. Die Verstell-Drosselvorrichtung 7 erfüllt daher die Aufgabe, sowohl den Luftmassenstrom LM in den Radialverdichter 5 ein zustellen und so das Verdichterkennfeld zu verschieben, als auch die AGR-Rate des über die AGR-Einrichtung 6 zurückgeführten AGR-Massestromes AGRM abhängig vom Betriebspunkt des Ver brennungsmotors 1 zu justieren. Beide Funktionalitäten werden hierbei in einem einzigen Bauteil vereint.

Eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Radialverdichters 5 ist in Figur 2 dargestellt. Dazu ist in Figur 2 der Radialverdichter 5 in zwei Schnitten dargestellt. Die in der Figur 2 linke Darstellung zeigt eine entlang der Verdichterachse 5b ver laufenden Schnittebene B-B und die rechte Darstellung zeigt eine dazu senkrecht stehende Schnittebene A-A im Einlassbereich des Radialverdichters 5. Dabei ist die Verdichterachse 5b gegeben durch die Drehachse des Verdichterrades 11 und stellt

gleichzeitig die Mittenachse des Luft-Ansaugkanals 8 dar. Durch die vereinfachte Darstellung gut zu erkennen, ist ein in dem Verdichtergehäuse 5a, um die Verdichterachse 5b drehbar gelagertes Verdichterrad 11, der Luft-Ansaugkanal 8 zur Be aufschlagung des Verdichterrades 11 mit einem Luftmassenstrom LM und eine Verstell-Blendenvorrichtung 7 zur Querschnittsver änderung im Luft-Ansaugkanal 8 im Einlassbereich des Radial verdichters 5. Das Verdichtergehäuse 5a weist eine spiralförmig um das Verdichterrad 11 verlaufende Verdichtervolute 5c auf, durch die der verdichtete Luftmassenstrom aus dem Verdich tergehäuse geleitet wird.

Weiterhin dargestellt ist eine im Verdichtergehäuse 5a ange ordnete Abgas-Einleiteinrichtung 9 mit dem Abgaseinleitstutzen 9a, zum Einleiten eines über eine Abgasrückführeinrichtung 6 der Brennkraftmaschine 1 zurückgeführten AGR-Massenstromes AGRM in den Einlassbereich des Radialverdichters 5, die zur Einleitung des AGR-Massenstroms AGRM, zwischen der Verstell-Blendenvor- richtung 7 des Luft-Ansaugkanals 8 und dem Verdichterrad 11, in den Einlassbereich des Radialverdichters 5 eingerichtet ist.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Abgaseinleiteinrichtung 9, wie in den Figuren 2, 3 und 4 erkennbar ist, einen Abgaseinleitstutzen 9a zum Anschluss an die

AGR-Eeinrichtung 6 und einen damit in Verbindung stehenden in das Verdichtergehäuse 5a integrierten Abgas-Ringkanal 9b. Dieser Ringkanal 9b verläuft konzentrisch zur Verdichterachse 5b, radial außerhalb des Luft-Ansaugkanals 8 im Verdichtergehäuse 5a um den Luft-Ansaugkanal herum. Dies ermöglicht einen einfachen Anschluss an die Abgasrückführleitung 6b und die Verteilung des zurückgeführten AGR-Massestroms AGRM auf den gesamten Umfang des Luft-Ansaugkanals 8.

In weiterer Ausgestaltung des in Figur 2 gezeigten Ausfüh rungsbeispiels weist die Abgaseinleiteinrichtung 9 einen Ringeinlasskanal 14 auf, der vom Abgas-Ringkanal 9b ausgeht und zwischen der Verstell-Blendenvorrichtung 7 und dem Verdichterrad 11, in den Einlassbereich des Verdichters mündet. Über diesen Ringeinlasskanal 14, der sich über den gesamten Umfang des Luft-Ansaugkanals erstreckt, diesen also umschließt, wird der AGR-Massenstrom AGRM über den gesamten Umfang des

Luft-Ansaugkanals 8 verteilt und radial nach innen in den Luft-Massenstrom LM eingeleitet . Dies ermöglicht eine optimierte Durchmischung von AGR-Massenstrom AGRM und Luftmassenstrom LM vor Eintritt in die Brennräume des Verbrennungsmotors la und somit eine gleichmäßig homogene Verbrennung.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ausführung des Radialverdichters 5 ist die Verstell-Blendenvorrichtung 7 zur Querschnittsveränderung des Luft-Ansaugkanals 8 als Irisblende 7a mit mehreren, über den Umfang des Luft-Ansaugkanals 8 an geordneten, radial zur Verdichterachse 5b hin, also zum Zentrum des Luft-Ansaugkanals 8 hin, in den Luft-Ansaugkanal 8 hinein verstellbaren Irislamellen 18 ausgebildet.

Beispielsweise sind die Irislamellen 18 der Irisblende 7a jeweils an einem Ende in einer Lagerstelle (hier nicht erkennbar) , mit parallel zur Verdichterachse 5b angeordneter Drehachse, gelagert und werden bei Drehung der Irislamellen 18 radial nach innen in den Luft-Ansaugkanal 8 hinein geschwenkt und führen so zur gewünschten Verengung des Eintrittsquerschnitts im Einlass bereich unmittelbar vor dem Verdichterrad 11. Die Irislamellen 18 werden beispielsweise über einen Verstellring 19 mittels Kulissenantrieb synchronisiert in Drehung um ihre jeweilige Lagerstelle versetzt. Dabei wird beispielsweise durch Drehung des Verstellringes 19 um die Verdichterachse 5a die Drehung der Irislamellen 18 um ihre jeweilige Lagerstelle ausgelöst.

Eine solche querschnittsverengende Maßnahme kann aber auch in alternativer Ausführung des Radialverdichters 5 beispielsweise über eine gelochte Drosselklappe, nach Art einer Drehklappe, Schmetterlingsklappe oder Schwenkklappe, realisiert werden, die im geschlossenen Zustand eine fest vorgegebene Querschnitts verengung im Einlassbereich vor dem Verdichterrad 11 erzeugen.

In weiterer Ausgestaltung des Radialverdichters 5 mit Ab gas-Ringkanal 9b und Ringeinlasskanal 14 kann die Ver- stell-Blendenvorrichtung 7 zur Querschnittsveränderung des Luft-Ansaugkanals 8, im Luft-Ansaugkanal 8 so angeordnet sein, dass sie gleichzeitig die im Luft-Massestrom LM stromaufwärts liegende Begrenzung des Ringeinlasskanals 14 bildet. Dies wird beispielsweise dadurch ermöglicht, dass die Ver- stell-Blendenvorrichtung 7 bzw. die Vorrichtung der Irisblende 7a als selbsttragende, vormontierbare Baueinheit in den

Luft-Ansaugkanal 8 eingesetzt wird. Im Beispiel in Figur 2 weist die Vorrichtung der Irisblende 7a, in vereinfachter Darstellung einen kartuschenartigen Aufbau auf, der mit einem topfförmigen Lamellenhalter 13 abschließt und mit dem die Irisblende 7a in ihrer Position im Luft-Ansaugkanal 8 gleichzeitig die strom aufwärts liegende Begrenzung des Ringeinlasskanal 14 in axialer Richtung bildet. Zusätzlich begrenzt die Irisblende 7a in diesem Ausführungsbeispiel den Abgas-Ringkanal 9b in radialer Richtung nach innen. Die einzelnen Irislamellen 18 und beispielsweise ein Verstellring 19 sind hier zwischen dem Lamellenhalter 13, in dem beispielsweise die Irislamellen 18 gelagert sind, und einem Gegenhalteelement 17 angeordnet.

In anderen Ausführungsbeispielen kann dies selbstverständlich auch mit anderen Verstell-Blendenvorrichtungen, wie zum Beispiel den oben genannten Blenden-Ausführungen, realisiert werden.

Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Radialverdichters ist in Figur 3 gezeigt, wobei die Darstellung in zwei

Schnittebenen und der grundsätzliche Aufbau des Radialver dichters der Darstellung in Figur 2 entspricht.

Ein maßgeblicher Unterschied zur der in Figur 2 gezeigten Ausführung liegt in der Konzeption und im Aufbau der Ver- stell-Blendenvorrichtung 7, die auch hier als Irisblende 7a ausgeführt ist. Hier ist jedoch die Irisblende 7a nicht als selbsttragende Einheit ausgebildet, sondern die einzelnen Funktionselemente sind direkt ins Verdichtergehäuse 5a montiert. Dazu sind im Ringeinlasskanal 14 am Verdichtergehäuse 5a, auf der im Luft-Massenstrom LM stromabwärts liegenden Begrenzungswand des Ringeinlasskanals 14, Haltestege 10 mit Lagerstellen 15 zur Lagerung der einzelnen Irislamellen 18 angeordnet, die den Ringeinlasskanal 14 in mehrere Einlasssegmente 16 unterteilen. In diesem Beispiel sind vier Haltestege 10 mit jeweiliger Lagerstelle 15 für vier Irislamellen 18 dargeestellt , in anderen Ausführungen können jedoch auch mehr oder weniger Haltestege 10 für eine jeweils entsprechende Anzahl an Irislamellen 18 vorgesehen sein. Hierdurch wird vorteilhaft die Teileanzahl reduziert, da auf einen zusätzlichen Lamellenhalter 13 ver zichtet werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der vorgenannten Ausführung mit Haltestegen 10, wie in Figur 4 dargestellt, weisen die Haltestege 10 eine für den in Richtung des Einlassbereichs des Radial verdichters 5 strömenden AGR-Massenstrom (AGRM) strömungs günstige und/oder strömungsführende Geometrie auf. Dadurch wird vorteilhaft eine ggf. negativ wirkende Störung des

AGR-Massenstromes AGRM im Ringeinlasskanal 14 reduziert und/oder sogar dazu benutzt die Strömungsrichtung des AGR-Massenstromes in den Luft-Ansaugkanal 8 hinein zu lenken. Dazu können die Haltestege 10 eine Leitschaufelgeometrie aufweisen. Mit dieser Ausgestaltung der Haltestege 10 können Strömungsverluste im AGR-Massenstrom reduziert und es kann der AGR-Massenstrom zusätzlich gerichtet bzw. kontrolliert werden, d. h. seine Verteilung über den Umfang kann durch die Formgebung der Haltestege 10 kontrolliert werden und ggf. sogar mit einem Drall beaufschlagt werden, wodurch

die Durchmischung von AGR-Massenstrom AGRM mit dem

Luft-Massenstrom LM weiter verbessert werden kann.

Die vorgenannten Ausführungen der Verstell-Blendenvorrichtung 7 als Irisblende 7a ermöglichen beide die Positionierung der Verstell-Blendenvorrichtung unmittelbar im Luft-Massenstrom stromaufwärts der AGR-Einleitstelle im Einlassbereich des Verdichterrades .

Die beiden in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungen des Radialverdichters 5 unterscheiden sich von der in Figur 2 gezeigten Ausführung weiterhin in der Ausgestaltung bzw. der Anordnung des Abgaseinleitstutzens 9a. So ist in Figur 2 der Abgaseinleitstutzen 9a so am Abgas-Ringkanal 9b angeordnet, dass der AGR-Massenstrom AGRM in bezüglich der Verdichterachse 5b radialer Richtung in den Abgas-Ringkanal 9b geführt ist. Dadurch ergibt sich eine Aufteilung des

AGR-Massenstromes AGRM in einen rechtsherum in den Ab

gas-Ringkanal 9b einströmenden Teil und einen linksherum in den Abgas-Ringkanal 9b einströmenden Teil und somit eine möglichst gleichmäßige Verteilung und eine besonders homogene Einleitung des AGR-Massenstromes über den Umfang des Ringeinlasskanals 14 in den Luft-Ansaugkanal 8.

Dagegen ist in Figur 3 und 4 der Abgaseinleitstutzen 9a so am Abgas-Ringkanal 9b angeordnet, dass der AGR-Massenstrom (AGRM) in bezüglich der Verdichterachse 5b tangentialer Richtung in den Abgas-Ringkanal 9b geführt ist. Dies hat zur Folge, dass der AGR-Massenstrom über den Umfang des Abgas-Ringkanals nur in einer Richtung einströmt und so der AGR-Massenstrom mit einer um die Verdichterachse 5b drehenden Komponente, also mit einem Drall, durch den Ringeinlasskanal 14 in den Luft-Ansaugkanal 8 ein strömt. Dadurch erhält auch der Luftmassenstrom LM im

Luft-Ansaugkanal 8 unmittelbar vor dem Auftreffen auf das Verdichterrad 11 einen entsprechenden Drall, was sich wiederum vorteilhaft auf den nutzbaren Bereich des Verdichterkennfeldes auswirken kann. Insbesondere bei dieser Ausführungsform in Verbindung mit den vorgenannten Haltestegen 10 kann eine strömungsführende Formgebung der Haltestege 10, in Form von Leitschaufein, die vorteilhaften Effekte unterstützen.

Ergänzend kann auch durch die Ausgestaltung des Abgas-Ringkanals 9b und des Ringeinlasskanals 14 Einfluss auf die Verteilung und Einleitung des AGR-Massenstromes AGRM in den Luft-Massenstrom LM genommen werden. So kann der Abgas-Ringkanal, insbesondere bei tangentialer Einleitung des AGR-Massenstromes AGRM vorteilhaft als sich verjüngende Spirale nach Art der Vedichtervolute 5c ausgebildet sein. Der Ring-Einlasskanal kann beispielsweise in der Kanalbreite variieren, mit einer geringeren Breite in der Nähe des Abgaseinleitstutzens und einer größeren Breite in dem dem Abgaseinleitstutzen fernen Bereich, was zur Vergleichmä ßigung der Abgaseinleitung über den Umfang beiträgt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Verdichterrad 11 eine zentrisch am Verdichterrad 11 angeordnete, im Luftmassenstrom LM strom aufwärts in den Luft-Ansaugkanal 8 ragende, mit der Verdich ternabe verbundene Verdichterradnase 12 aufweist, die zumindest bis in eine Querschnittsebene des Luft-Ansaugkanals 8 hinein oder durch diese hindurch ragt, in der der durch die Ver- stell-Blendenvorrichtung 7 veränderbare Querschnitt des Luft-Ansaugkanals 8 liegt. Hierbei ist speziell der Abstand der Nasenspitze der Verdichterradnase 12 von den Schaufelvorder kanten des Verdichterrads 11 größer als der Abstand der

Querschnittsebene des veränderbaren Querschnitts des

Luft-Ansaugkanals 8 von den Schaufelvorderkanten.

Es hat sich gezeigt, dass diese Gestaltung für die kombinierte Funktion der Verstell-Blendenvorrichtung 7 als Verdichter einlassdrossel und Drossel für den AGR-Massenstrom besonders vorteilhaft ist, da sie eine besonders effektive Verkleinerung des Querschnitts des Luft-Ansaugkanals 8 im Einlassbereich des Verdichterrades 11 ermöglicht und somit die bestmögliche Wirksamkeit des Gesamtsystems gewährleistet.

Wie in Figur 3 dargestellt ist, weist das schematisch darge stellte Verdichterrad 11 eine hier als Verdichterradnase 12 bezeichnete Verlängerung ihrer Nabe auf. Wie erkennbar ist, ist der Abstand der Nasenspitze der Verdichterradnase 12 von den Schaufelvorderkanten des Verdichterlaufrades 11, also die Länge der Verdichterradnase 12, in Figur 3 als hx_Nabe gekennzeichnet, immer größer zu wählen als der Abstand der Irisblen- den-Vorderkante von den Schaufelvorderkanten des Verdichters, hier als hx_Biende bezeichnet, wobei sich hx_Nabe auf die axiale Koordinate der am weitesten stromauf liegenden Komponente der Verdichterradnase 12 bezieht, und zwar unabhängig davon, mit welchem Bauteil diese gebildet ist.

Der maximal mögliche AGR-Massenstrom wird sowohl durch das aufgeprägte Druckverhältnis als auch durch die Querschnitte und Druckverluste der gesamten Abgas-Rückführungsstrecke bestimmt. Um einen ausreichend großen AGR-Massenstrom zu ermöglichen kann es erforderlich sein, dass die lichte Breite des Ringein lasskanales vergrößert werden muss. Dadurch vergrößert sich auch der Abstand der Verstell-Blendenvorrichtung 7 von dem Ver dichterrad, was im Drosselbetrieb des Radialverdichters zu einer Verschlechterung des Verdichterwirkungsgrades bei einer be stimmten Kennfeldverschiebung zur Folge hat. Durch die oben beschriebene Gestaltung der Verdichterradnase 12, insbesondere durch die Gewährleistung der Bedingung,

kann diesem Effekt entgegengewirkt werden. Diese Gestaltung der Verdichterradnase 12 ist bei allen besprochenen und in den Figuren gezeigten sowie sonstigen Ausführungen des Radial verdichters 5 von Vorteil.

Mit anderen Worten ist also eine besonders gute Wirksamkeit des Systems gegeben, wenn die Bedingung, hx_Nabe h hx_Biende/ erfüllt ist. Dabei kann die Verdichterradnase 12 durch unterschiedliche Bauteile, wie zum Beispiel durch eine das Verdichterlaufrad 11 durchragende Läuferwelle 2a oder auch eine Wellenmutter zur Befestigung des Verdichterrades 11 oder eine Ausformung der Nabe des Verdichterrades 11 selbst gebildet werden und kann bei- spielsweise als zapfenförmige Verlängerung mit halbkugelförmig oder konisch zulaufender Spitze ausgebildet sein.

Eine erfindungsgemäße Aufladevorrichtung 2 für eine Brenn- kraftmaschine 1 ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladevorrichtung 2 als Abgasturbolader 2, wie schematisch in Figur 1 dargestellt, ausgebildet ist, der einen erfindungs gemäßen Radialverdichter, wie vorausgehend beschrieben, auf weist.

Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 weist eine Abgas rückführeinrichtung 6 und einer Aufladevorrichtung 2 mit einem erfindungsgemäßen Radialverdichter 5, wie vorausgehend be schrieben, auf.

Claims

Patentansprüche

1. Radialverdichter (5) für eine Aufladevorrichtung (2) einer Brennkraftmaschine (1), wobei der Radialverdichter (5) ein in einem Verdichtergehäuse (5a) , um eine Verdichterachse (5b) drehbar gelagertes Verdichterrad (11), einen

Luft-Ansaugkanal (8) zur Beaufschlagung des Verdichterrades (11) mit einem Luftmassenstrom (LM) und eine Ver- stell-Blendenvorrichtung (7) zur Querschnittsveränderung im Luft-Ansaugkanal (8) im Einlassbereich des Radialver dichters (5) aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, dass im oder am Verdichtergehäuse (5a) eine Ab

gas-Einleiteinrichtung (9), zum Einleiten eines über eine Abgasrückführeinrichtung (6) der Brennkraftmaschine (1) zurückgeführten Abgas-Rückführ-Massenstromes (AGRM) in den Einlassbereich des Radialverdichters (5) , vorgesehen ist, die zur Einleitung des Abgasmassenstroms, zwischen der Verstell-Blendenvorrichtung (7) des Luft-Ansaugkanals (8) und dem Verdichterrad (11), in den Einlassbereich des Radialverdichters eingerichtet ist.

2. Radialverdichter (5) nach Anspruch 1, dadurch gekenn

zeichnet, dass die Abgaseinleiteinrichtung (9) einen Ab- gaseinleitstutzen (9a) zum Anschluss an die Abgasrück führeinrichtung (6) und einen damit in Verbindung stehenden in das Verdichtergehäuse (5a) integrierten Abgas-Ringkanal (9b) aufweist.

3. Radialverdichter (5) nach Anspruch 2, dadurch gekenn

zeichnet, dass die Abgaseinleiteinrichtung (9) einen Ringeinlasskanal (14) aufweist, der vom Abgas-Ringkanal (9b) ausgeht und zwischen der Verstell-Blendenvorrichtung (7) und dem Verdichterrad (11), in den Einlassbereich des Ver dichters mündet.

4. Radialverdichter (5) nach einem der vorangehenden An

sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver- stell-Blendenvorrichtung (7) zur Querschnittsveränderung des Luft-Ansaugkanals (8) als Irisblende (7a) mit radial zur Verdichterachse (5b) hin, verstellbaren Irislamellen (18) ausgebildet ist.

5. Radialverdichter (5) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver- stell-Blendenvorrichtung (7) zur Querschnittsveränderung des Luft-Ansaugkanals (8) im Luft-Ansaugkanal (8) so an geordnet ist, dass sie gleichzeitig die im Luft-Massestrom (LM) stromaufwärts liegende axiale Begrenzung des Rin geinlasskanals 14 bildet.

6. Radialverdichter (5) nach Ansprüche 4 oder 5, dadurch

gekennzeichnet, dass im Ringeinlasskanal (14) am Ver dichtergehäuse (5a) Haltestege (10) mit Lagerstellen (15) zur Lagerung der Irislamellen (18) angeordnet sind, die den Ringeinlasskanal (14) in mehrere Einlasssegmente (16) unterteilen .

7. Radialverdichter (5) nach Anspruch 5, dadurch gekenn

zeichnet, dass die Haltestege (10) eine für den in Richtung des Einlassbereichs des Radialverdichters (5) strömenden Abgas-Rückführ-Massenstrom (AGRM) strömungsgünstige und/oder strömungsführende Geometrie aufweisen.

8. Radialverdichter (5) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaseinleitstutzen (9a) so am Abgas-Ringkanal (9b) angeordnet ist, dass der Ab gas-Rückführ-Massenstrom (AGRM) in bezüglich der Ver- dichterachse (5b) radialer Richtung in den Abgas-Ringkanal (9b) geführt ist.

9. Radialverdichter (5) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass der Abgaseinleitstutzen (9a) so am Abgas-Ringkanal (9b) angeordnet ist, dass der Ab- gas-Rückführ-Massenstrom (AGRM) in bezüglich der Ver dichterachse (5b) tangentialer Richtung in den Ab

gas-Ringkanal (9b) geführt ist.

10. Radialverdichter (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad (11) eine zentrisch am Verdichterrad (11) angeordnete, im Luftmas senstrom (LM) stromaufwärts in den Luft-Ansaugkanal (8) ragende, Verdichterradnase (12) aufweist, die zumindest bis in eine Querschnittsebene des Luft-Ansaugkanals (8) hinein oder durch diese hindurch ragt, in der der durch die Verstell-Blendenvorrichtung (7) veränderbare Querschnitt des Luft-Ansaugkanals (8) liegt.

11. Aufladevorrichtung (2) für eine Brennkraftmaschine (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladevorrichtung als Abgasturbolader (2) ausgebildet ist, der einen Radial verdichter (5) mit den Merkmalen zumindest eines der vo rangehenden Ansprüche 1 bis 10 aufweist.

12. Brennkraftmaschine (1) mit einer Abgasrückführeinrichtung (6) und einer Aufladevorrichtung (2) mit einem Radial verdichter (5) , gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11.