DE102013020656A1 - Radialverdichter, insbesondere für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Radialverdichter, insbesondere für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter (10), insbesondere für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Verdichtergehäuse (12), in welchem ein Verdichterrad (14) zum Verdichten von Luft angeordnet ist, und mit wenigstens einem Rezirkulationskanal (38), welcher zumindest eine erste Strömungsöffnung (40), welche stromauf eines Verdichterradeintritts (28) des Verdichterrads (14) angeordnet ist, sowie zumindest eine zweite Strömungsöffnung (42), welche stromab des Verdichterradeintritts (28) angeordnet ist, aufweist und in radialer Richtung nach außen hin und in radialer Richtung nach innen hin jeweils durch wenigstens eine Wandung (36, 44) begrenzt ist, wobei der Radialverdichter (10) wenigstens ein zusätzlich zu den Wandungen (36, 44) vorgesehenes Sperrelement (46) umfasst, welches zwischen einer den Rezirkulationskanal (38) fluidisch versperrenden Schließstellung und wenigstens einer den Rezirkulationskanal (38) freigebenden Offenstellung relativ zu den Wandungen (36, 44) bewegbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter, insbesondere für einen Abgasturbolader an einer Verbrennungskraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Moderne Personenkraftwagen- und Nutzfahrzeug-Antriebe mit Verbrennungskraftmaschinen sind mit einem Turboaufladesystem ausgestattet. Ein solches Turboaufladesystem umfasst wenigstens einen Abgasturbolader mit einer beispielsweise als Radialturbine ausgebildeten Turbine und einem als Radialverdichter ausgebildeten Verdichter. Die Turbine ist vom Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbar, wobei der Verdichter von der Turbine antreibbar ist. Der als Radialverdichter ausgebildete Verdichter dient zum Verdichten von Luft, die der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird. Somit kann im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden, so dass sich ein besonders effizienter und somit kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt. Ein solches Turboaufladesystem wird üblicherweise maßgebend von der Durchsatzkapazität, das heißt der Kennfeldbreite und der Fähigkeit einer wirkungsgradgünstigen Druckerzeugung des Verdichters bestimmt.
  • Durch die fortwährende Entwicklung dieser Turboaufladesysteme und der durch sie aufgeladenen Verbrennungskraftmaschinen sind mittlerweile Anforderungen entstanden, die zunehmend variable Elemente zur Beeinflussung des Kennfelds des Verdichters erforderlich machen. Hierbei ist es insbesondere aufgrund von thermo-mechanischen Randbedingungen und aufgrund von Forderungen nach einer reproduzierbaren Zuverlässigkeit der variablen Elemente vorteilhaft, diese variablen Elemente durch einfachste Vorrichtungen zu realisieren, die die entsprechende, angepasste Zusatzfunktion sicher erbringen können. Es hat sich nämlich gezeigt, dass solche einfache Vorrichtungen eine hohe Robustheit auch bei den sehr beanspruchenden thermo-mechanischen Randbedingungen aufweisen. Mit anderen Worten sind solche einfachen Vorrichtungen besonders robust, so dass sie auch hohe, insbesondere thermische Belastungen über eine hohe Lebensdauer schadfrei ertragen können. Derartige variablen Elemente werden auch als Variabilitäten bezeichnet, welche relativ zu einem Gehäuse des Abgasturboladers bewegbar sind und mittels welchen Strömungsbedingungen beeinflusst werden können.
  • Um besonders im Hauptfahrbereich von Verbrennungskraftmaschinen verbrauchsbegünstigende Unterstützung von Verdichtern von Abgasturboladern zu erhalten, wird angestrebt, die Verdichtungswirkungsgradmaxima so nah wie möglich am oder im Hauptfahrbereich über die aerodynamische und/oder thermodynamische Auslegung zu platzieren. Hierbei wurden die sogenannten „kennfeldstabilisierenden Maßnahmen” (KSM) entwickelt. Ein Radialverdichter mit einer solchen kennfeldstabilisierenden Maßnahme ist beispielsweise der DE 196 47 605 A1 als bekannt zu entnehmen.
  • Der Radialverdichter umfasst ein Verdichtergehäuse, in welchem ein Verdichterrad zum Verdichten von Luft angeordnet ist. Der Radialverdichter weist ferner wenigstens einen Rezirkulationskanal auf, welcher zumindest eine erste Strömungsöffnung und zumindest eine zweite Strömungsöffnung aufweist. Die erste Strömungsöffnung ist stromauf eines Verdichterradeintritts des Verdichterrads angeordnet. Die zweite Strömungsöffnung ist stromab des Verdichterradeintritts angeordnet. Über den Verdichterradeintritt wird das Verdichterrad während des Betriebs des Verdichters in axialer Richtung von der zu verdichtenden Luft angeströmt. Beispielsweise weist das Verdichterrad Laufradschaufeln auf, welche wiederum im Bereich des Verdichterradeintritts jeweils wenigstens eine Anströmkante aufweisen, über die die Laufradschaufeln und somit das Verdichterrad von der zu verdichtenden Luft angeströmt werden.
  • Der Rezirkulationskanal stellt die kennfeldstabilisierenden Maßnahme dar und ist in radialer Richtung nach außen hin und in radialer Richtung nach innen hin jeweils durch wenigstens eine Wandung begrenzt. Beispielsweise ist der Rezirkulationskanal als Ringkanal ausgebildet. Bei geringen Massendurchsätzen und wirksamen Verdichterrücken erfolgt über den Rezirkulationskanal eine Rückströmung, wodurch die Pumpgrenze des Verdichters zu besonders geringen Verdichterdurchsätzen verschiebbar ist. Wird die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise mit hohen Drehzahlen und mit einem hohen Bedarf an Luftvolumenstrom betrieben, so wird sich die Strömungsrichtung der Luft im Rezirkulationskanal vorteilhafterweise umdrehen und Luft wird als Zusatz-Luft die Richtung der Strömung der Luft einnehmen, die das Verdichterrad über den Verdichterradeintritt anströmt. Die erste Strömungsöffnung dient jetzt als zusätzlicher Verdichterradeintrittsquerschnitt, wodurch die Stopfgrenze des Verdichters zu besonders hohen Durchsatzkapazitäten verschoben werden kann. Mit dieser zusätzlichen Verdichterdurchsatzkapazität lassen sich bei geeigneter Auslegung der Höhenbetrieb und der Motorbremsbetrieb vorteilhaft bewältigen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Radialverdichter der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ich ein besonders wirkungsgradgünstiger Betrieb des Radialverdichters realisieren lässt.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Radialverdichter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
  • Um einen Radialverdichter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders effizienter Betrieb des Radialverdichters realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Radialverdichter wenigstens ein zusätzlich zu den Wandungen vorgesehenes Sperrelement umfasst, welches zwischen einer den Rezirkulationskanal fluidisch versperrenden Schließstellung und wenigstens einer den Rezirkulationskanal freigebenden Offenstellung relativ zu den Wandungen bewegbar ist.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Vorteil der kennfeldstabilisierenden Maßnahmen hinsichtlich der vorteilhaften Pumpgrenzenverschiebung, wobei auch eine Stopfgrenzenbeeinflussung hin zu größeren Durchströmkapazitäten bewirkbar ist, mit einer, wenn auch nur geringen Beeinträchtigung des Wirkungsgradniveaus des Verdichters in einem Bereich von ein bis drei Prozentpunkten einhergehen kann. Bei verbrauchssensiblen Anwendungen eines solchen Radialverdichters, wie es beispielsweise bei Nutzfahrzeugen der Fall ist, kann eine solche negative Beeinträchtigung des Verdichterwirkungsgrads zu merklichen Kraftstoffverbrauchssteigerungen führen. Da nun der Rezirkulationskanal mittels des Sperrelements in der Schließstellung fluidisch versperrt werden kann, kann die Wirkung der kennfeldstabilisierenden Maßnahme in Form des Rezirkulationskanals abgeschaltet werden, so dass die zuvor genannte Beeinträchtigung des Verdichterwirkungsgrads vermieden werden kann. In der Folge lässt sich ein besonders effizienter Betrieb des Radialverdichters und somit ein besonders effizienter und kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine realisieren, welche mittels des Radialverdichters mit verdichteter Luft versorgt wird.
  • Durch den Einsatz des zusätzlich zu den Wandungen vorgesehenen und relativ zu den Wandungen bewegbaren Sperrelements ist darüber hinaus eine besonders einfache, kosten- und bauraumgünstige sowie äußerst robuste Lösung geschaffen, um die kennfeldstabilisierende Maßnahme bedarfsgerecht in der Schließstellung des Sperrelements zu deaktivieren und in der Offenstellung des Sperrelements zu aktivieren. Dies bedeutet, dass das Sperrelement und dessen Funktion auch besonders hohe thermo-mechanische Belastungen über eine hohe Lebensdauer hinweg schadfrei ertragen kann, so dass ein besonders effizienter Betrieb des Radialverdichters auch über eine hohe Lebensdauer hinweg gewährleistet 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:
  • 1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht eines Radialverdichters für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Rezirkulationskanal, welcher in radialer Richtung nach außen hin und in radialer Richtung nach innen hin durch jeweilige Wandungen begrenzt ist, wobei der Radialverdichters wenigstens ein zusätzlich zu den Wandungen vorgesehenes Sperrelement umfasst, welches zwischen einer den Rezirkulationskanal fluidisch versperrenden Schließstellung und wenigstens einer den Rezirkulationskanal freigebenden Offenstellung relativ zu den Wandungen bewegbar ist und wobei sich das Sperrelement in seiner Schließstellung befindet;
  • 2 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht des Radialverdichters, wobei sich das Sperrelement in seiner Offenstellung befindet; und
  • 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Einflusses des Sperrelements auf die Stopfgrenze des Radialverdichters.
  • 1 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht einen Radialverdichter 10 für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine ist als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und umfasst eine Mehrzahl von Brennräumen in Form von Zylindern. Die Verbrennungskraftmaschine wird beispielsweise zum Antreiben eines Kraftwagens, insbesondere eines Nutzkraftwagens, verwendet. Der Abgasturbolader umfasst auch eine in 1 nicht erkennbare Turbine, welche beispielsweise als Radialturbine ausgebildet und in einem vom Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgastrakt angeordnet ist. Die Turbine umfasst ein Turbinenrad, welches von dem Abgas antreibbar ist.
  • Der Radialverdichter 10 umfasst ein Verdichtergehäuse 12, in welchem ein Verdichterrad 14 angeordnet ist. Das Verdichterrad 14 ist um eine Drehachse 16 relativ zum Verdichtergehäuse 12 drehbar und mit einer Welle des Abgasturboladers drehfest verbunden. Mit dieser Welle ist auch das Turbinenrad drehfest verbunden, so dass die Welle und das Turbinenrad ebenfalls um die Drehachse 16 drehbar sind. Hierdurch ist das Verdichterrad 14 vom Turbinenrad antreibbar. Das Verdichterrad 14 dient zum Verdichten von Luft, wobei diese verdichtete Luft den Zylindern zugeführt wird. Dies bedeutet, dass im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden kann.
  • Das Verdichterrad 14 umfasst eine Laufradnabe 18 und eine Mehrzahl von Laufradschaufeln 20, welche zusammenfassend auch als „Beschaufelung” bezeichnet werden. Die Beschaufelung umfasst eine Mehrzahl von Split-Schaufeln, von denen in 1 eine mit 22 bezeichnete Split-Schaufel erkennbar ist. Ferner umfasst die Beschaufelung eine Mehrzahl von Hauptschaufeln, von denen in 1 eine mit 24 bezeichnete Hauptschaufel erkennbar ist. Die Laufradschaufeln 20 weisen jeweilige Eintrittskanten 26 auf, welche auch als „Anströmkanten” bezeichnet werden. Die Anströmkanten (Eintrittskanten 26) sind an einem Verdichterradeintritt 28 des Verdichterrads 14 angeordnet. Das Verdichterrad 14 wird über den Verdichterradeintritt 28, das heißt über die Eintrittskanten 26 zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung von der zu verdichtenden Luft angeströmt.
  • Durch das Verdichtergehäuse 12 ist ein Abführkanal begrenzt, welcher als Diffusor 30 bezeichnet ist. Über jeweilige Austrittskanten strömt die verdichtete Luft vom Verdichterrad 14 ab und wird mittels des Diffusors 30 in radialer Richtung nach außen vom Verdichterrad 14 abgeführt. Die das Verdichterrad 14 über die Eintrittskanten 26 anströmende Luft wird im Verdichterrad 14 über einen sogenannten Verdichterradkanal 32 zugeführt. Die Strömungsrichtung in der Luft ist in 1 durch einen Richtungspfeil 34 veranschaulicht.
  • Aus 1 ist erkennbar, dass der Verdichterradkanal 32 in radialer Richtung nach außen hin durch eine erste Wandung 36 begrenzt ist, wobei diese erste Wandung 36 gehäusefest ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die erste Wandung 36 relativ zum Verdichtergehäuse 12 unbeweglich ist.
  • Der Radialverdichter 10 weist darüber hinaus einen Gaskanal 38 zur Realisierung einer Stopfgrenzen-Verschiebung des Radialverdichters 10 auf. Durch den Gaskanal 38 ist ein sogenannter Rezirkulationskanal gebildet, welcher eine erste Strömungsöffnung 40 und eine zweite Strömungsöffnung 42 aufweist. Aus 1 ist erkennbar, dass die erste Strömungsöffnung 40 in Strömungsrichtung der Luft stromauf des Verdichterradeintritts 28 angeordnet ist. Die zweite Strömungsöffnung 42 ist stromab des Verdichterradeintritts 28 angeordnet. Ferner ist aus 1 erkennbar, dass die als Durchströmöffnung ausgebildete Strömungsöffnung 42 in der, bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft, ersten Hälfte der axialen Erstreckung der Beschaufelung angeordnet ist. Dies bedeutet, dass der Gaskanal 38 an der Außenkontur des Verdichterrads 14 in der ersten Hälfte der axialen Schaufelerstreckung des Verdichterrads 14 einmündet.
  • Der Gaskanal 38 ist in radialer Richtung nach innen hin durch die erste Wandung 36 begrenzt. In radialer Richtung nach außen hin ist der Gaskanal 38 durch eine zweite Wandung 44 begrenzt. Vorzugsweist ist auch die zweite Wandung 44 relativ zum Verdichtergehäuse 12 unbeweglich, das heißt gehäusefest ausgebildet. Vorliegend ist die zweite Wandung 44 einstückig mit dem Verdichtergehäuse 12 ausgebildet.
  • Bei dem Gaskanal 38 handelt es sich um eine kennfeldstabilisierende Maßnahme (KSM), wobei beispielsweise Luft über die zweite Strömungsöffnung 42 in den Gaskanal 38 einströmen kann. Diese in den Gaskanal 38 eingeströmte Luft wird mittels des Gaskanals 38 zu der ersten Strömungsöffnung 40 geleitet und kann den Gaskanal 38 über die erste Strömungsöffnung 40 verlassen. Ferner kann beispielsweise die Luft von dem Gaskanal 38 über die Strömungsöffnung 40 in den Verdichterradkanal 32 einströmen, so dass die den Gaskanal 38 durchströmende Luft zum Verdichterradeintritt 28 rezirkulieren kann.
  • Der Radialverdichter 10 umfasst darüber hinaus ein zusätzlich zu den Wandungen 36, 44 vorgesehenes Sperrelement 46, welches zwischen einer den Gaskanal 38 (Rezirkulationskanal) fluidisch versperrenden und in 1 gezeigten Schließstellung und wenigstens einer den Gaskanal 38 fluidisch freigebenden und in 2 gezeigten Offenstellung relativ zu den Wandungen 36, 44 bewegbar ist. Vorliegend ist das als Sperrkörper ausgebildete Sperrelement 46 in axialer Richtung translatorisch relativ zu den Wandungen 44, 36 und relativ zum Turbinenrad 14 verschiebbar. Das Sperrelement 46 weist zumindest in einem Teilbereich eine konvex geformte Außenkontur 48 auf. Ferner weist das Sperrelement 46 eine in Richtung eines Verdichtereintritts 50 weisende Stirnseite 52 auf, welche sich senkrecht zur axialen Richtung erstreckt. Über den Verdichtereintritt 50 kann mittels des Radialverdichters 10 zu verdichtende Luft in den Radialverdichter 10, das heißt in das Verdichtergehäuse 12 in axialer Richtung einströmen.
  • Durch das Sperrelement 46 ist eine beispielsweise steuerbare oder regelbare Versperrvorrichtung darstellbar, mittels welcher der Gaskanal 38 insbesondere in verbrauchsrelevanten Betriebsbereichen der Verbrennungskraftmaschine dicht versperrt werden kann. Somit kann die kennfeldstabilisierende Maßnahme durch Bewegen des Sperrelements 46 in die Schließstellung deaktiviert werden. Der Gaskanal 38 stellt – wenn er freigegeben ist – einen zusätzlich zum Verdichterradkanal 32 vorgesehenen Strömungskanal dar.
  • 3 zeigt das Kennfeld des Radialverdichters 10. Das Verdichterkennfeld weist eine Abszisse 53 auf, auf welche der reduzierte Massenstrom in der Einheit [kg/s] (Kilogramm pro Sekunde) aufgetragen ist. Auf der Ordinate 54 des Verdichterkennfelds ist das Verdichterdruckverhältnis aufgetragen. In das Verdichterkennfeld sind Verläufe 56a–d konstanter Verdichterdrehzahlen (nv = konst.) eingetragen. Ferner sind in das Verdichterkennfeld Stopfgrenzen 60 eingetragen.
  • Die jeweiligen, mit einer durchgezogenen Linie veranschaulichten Verläufe 56a und 56b beziehen sich auf die Schließstellung des Sperrelements 46. In 3 sind mit gestrichelten Linien auch Verläufe 58a und 58b eingetragen, die sich auf die in 2 gezeigte Offenstellung des Sperrelements 46 beziehen.
  • Der Gaskanal 38 wird vorwiegend dazu verwendet, die Verdichterdurchsatzkapazität insbesondere in einer Öffnungsphase zu erhöhen, wie aus 3 erkennbar ist. Die Pumpgrenze des Radialverdichters 10 wird also vorwiegend durch die Auslegung des Basisverdichters ohne größeren Einfluss der Versperrvorrichtung bestimmt. Die Versperrvorrichtung beziehungsweise das Sperrelement 46 stellt eine sogenannte Variabilität dar, mittels welcher Strömungsbedingungen des Radialverdichters 10 für die den Radialverdichter 10 durchströmende Luft variabel und bedarfsgerecht eingestellt werden können.
  • Das Optimierungsziel des zusätzlichen Gaskanals 38, welcher beispielsweise als Ringkanal ausgebildet ist, der an der Radaußenkontur einmündet, ist also die Verschiebung der Stopfgrenze. Hierzu kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, bei der gesplitteten Beschaufelung die Einmündungsstelle stromab der jeweiligen Eintrittskante 26 anzuordnen, um eine Dicken-Versperrwirkung der zusätzlichen Laufradschaufeln zu umgehen.
  • Gemäß 1 und 2 ist der Gaskanal 38 als Ringkanal ausgebildet, welcher die erste Wandung 36 in Umfangsrichtung vollständig umgibt und in radialer Richtung nach außen hin zumindest teilweise überdeckt. Demzufolge ist auch das Sperrelement 46 als Ringelement ausgebildet, welches sich ringartig beziehungsweise ringförmig um die erste Wandung 36 herum erstreckt und in radialer Richtung außerhalb der ersten Wandung 36 angeordnet ist. Das als Versperrring ausgebildete Sperrelement 46 wird auf Seiten der Stirnseite 52 sowie auf Seiten der Außenkontur 48 mit einem jeweiligen Druck beaufschlagt, so dass das Sperrelement 46 insgesamt mit einem Differenzdruck beaufschlagt wird. Dieser Differenzdruck kann gegebenenfalls für die Verstellung, das heißt für die translatorische Verschiebung des Sperrelements 46 genutzt werden. Mit anderen Worten ist grundsätzlich eine passive und somit selbsttätige beziehungsweise selbständige Verstellung, das heißt Regelung oder Steuerung des axial bewegbaren Sperrelements 46 realisierbar. Dies bedeutet, dass die axiale Verstellung des Sperrelements 46 mittels des sich im Betrieb des Radialverdichters 10 einstellenden Differenzdrucks erfolgt, der auf das Sperrelement 46 wirkt.
  • Ist hierbei beispielsweise der auf Seiten der Stirnseite 52 wirkende Druck größer als der auf Seiten der Außenkontur 48 wirkende Druck, so wird das Sperrelement 46 aus der Schließstellung in die in 2 gezeigte Offenstellung bewegt. Ist jedoch der auf Seiten der Außenkontur 48 auf das Sperrelement 46 wirkende Druck größer als der auf Seiten der Stirnseite 52 auf das Sperrelement 46 wirkende Druck, so wird das Sperrelement 46 zurück aus der Offenstellung in die Schließstellung bewegt.
  • Die Abstimmung des Schließ- und Öffnungspunkts beziehungsweise Schließ- und Öffnungsdrucks kann beispielsweise über eine in 1 und 2 nicht dargestellte Feder mit einer vorgebbaren Federrate beziehungsweise Federcharakteristik und Steifigkeit im Zusammenhang mit den wirkenden Gaskräften realisiert werden. Diese Feder ist beispielsweise einerseits am Sperrelement 46 und andererseits zumindest mittelbar am Verdichtergehäuse 12 abgestützt und wirkt vorzugsweise in axialer Richtung. Da die Flächenabmessungen des als Versperrring ausgebildeten Sperrelements 46 insbesondere bei Nutzfahrzeug-Anwendungen relativ groß sind, können daraus relativ große Gaskraftwirkungen resultieren und die Entwicklung in Richtung geringer Hysterese-Effekte fördern. In 1 sind mit gestrichelten Linien zwei Verläufe c1 und c2 eingetragen, welche jeweilige Federraten einer solchen Feder veranschaulichen.
  • Alternativ kann eine aktive Verstellung, das heißt Regelung oder Steuerung des Sperrelements 46 vorgesehen sein. Hierzu ist wenigstens ein Stellglied beziehungsweise ein Aktor vorgesehen, mittels welchem das Sperrelement 46 relativ zu den Wandungen 36, 44 bewegt wird. Der Aktor kann beispielsweise als pneumatischer, hydraulischer oder elektrischer Aktor ausgebildet sein. Mittels eines solchen Aktors kann das Sperrelement 46 beispielsweise unabhängig vom Differenzdruck bewegt werden. Insbesondere ist es dadurch möglich, das Sperrelement 46 beziehungsweise seine Stellung in Abhängigkeit von Parametern der Verbrennungskraftmaschine und/oder des Abgasturboladers einzustellen und somit das Öffnen und Schließen des Zusatzkanals in Form des Gaskanals 38 in Abhängigkeit von diesen Parametern zu bewirken.
  • Es hat sich gezeigt, dass eine vorteilhafte Anwendung der Versperrvorrichtung stark abhängig von einer geeigneten Basis-Verdichterauslegung ist, die dafür sorgt, dass die hier fehlende Rezirkulation im Pumpgrenzenbereich wenig Wirkung zeigt, wodurch das Wirkungsgradpotential in der Schließstellung des Sperrelements 46 voll ausgeschöpft werden kann.
  • Die Auslegung der Stopfgrenzenverschiebung zum Basisverdichterverhalten wird insbesondere durch den Volumenstrombedarf des Motorbrems-Nennpunkts und durch den Auslegungspunkt des Höhenbetriebs bei vorgegebener maximal zulässiger Drehzahl des Verdichterrads 14 bestimmt. Da der Optimierungsschwerpunkt des Zusatz-Gaskanals in Form des Gaskanals 38 mit der Strömungsrichtung ausgehend vom Verdichterradeintritt 28 hin zur eine Mündung des Gaskanals 38 darstellenden Strömungsöffnung 42 im Mittelpunkt steht, sind hier keine Kompromisse hinsichtlich einer Rezirkulationsströmung erforderlich, was jedoch nicht heißen soll, dass gegebenenfalls bei bestimmten Betriebsanforderungen der Verbrennungskraftmaschine auf das Verhaltens des Radialverdichters 10 mit einer Rückströmung bei optimaler Auslegung der Stopfgrenzenverschiebung eine gewisse Anwendung finden könnte.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Radialverdichter
    12
    Verdichtergehäuse
    14
    Verdichterrad
    16
    Drehachse
    18
    Laufradnabe
    20
    Laufradschaufeln
    22
    Split-Schaufel
    24
    Hauptschaufel
    26
    Eintrittskante
    28
    Verdichterradeintritt
    30
    Diffusor
    32
    Verdichterradkanal
    34
    Richtungspfeil
    36
    erste Wandung
    38
    Gaskanal
    40
    erste Strömungsöffnung
    42
    zweite Strömungsöffnung
    44
    zweite Wandung
    46
    Sperrelement
    48
    Außenkontur
    50
    Verdichtereintritt
    52
    Stirnseite
    53
    Abszisse
    54
    Ordinate
    56a–d
    Verlauf
    58a–b
    Verlauf
    60
    Stopfgrenze
    C1
    Verlauf
    c2
    Verlauf
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19647605 A1 [0004]

Claims (5)

  1. Radialverdichter (10), insbesondere für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Verdichtergehäuse (12), in welchem ein Verdichterrad (14) zum Verdichten von Luft angeordnet ist, und mit wenigstens einem Rezirkulationskanal (38), welcher zumindest eine erste Strömungsöffnung (40), welche stromauf eines Verdichterradeintritts (28) des Verdichterrads (14) angeordnet ist, sowie zumindest eine zweite Strömungsöffnung (42), welche stromab des Verdichterradeintritts (28) angeordnet ist, aufweist und in radialer Richtung nach außen hin und in radialer Richtung nach innen hin jeweils durch wenigstens eine Wandung (36, 44) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialverdichter (10) wenigstens ein zusätzlich zu den Wandungen (36, 44) vorgesehenes Sperrelement (46) umfasst, welches zwischen einer den Rezirkulationskanal (38) fluidisch versperrenden Schließstellung und wenigstens einer den Rezirkulationskanal (38) freigebenden Offenstellung relativ zu den Wandungen (36, 44) bewegbar ist.
  2. Radialverdichter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (46) in axialer Richtung translatorisch verschiebbar ist.
  3. Radialverdichter (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (46) zumindest in einem Teilbereich eine konvex geformte Außenkontur (48) aufweist.
  4. Radialverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (46) eine in Richtung eines Verdichtereintritts (50) des Radialverdichters (10) weisende Stirnseite (52) aufweist, welche sich senkrecht zur axialen Richtung erstreckt.
  5. Radialverdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen (36, 44) gehäusefest ausgebildet sind.
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