DE102015002025A1

DE102015002025A1 - Verdichter für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102015002025A1
Application number: DE102015002025.0A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Sumser; Elias Chebli
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2016-08-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verdichter (10) für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Verdichtergehäuse (12), mit einem drehbar in dem Verdichtergehäuse (12) aufgenommenen Verdichterrad (14), welches wenigstens eine Eintrittskante (28) aufweist, über die das Verdichterrad (14) von mittels des Verdichterrads (14) zu verdichtender Luft anströmbar ist, und mit wenigstens einem zumindest eine stromab der Eintrittskante (28) angeordnete Eintrittsöffnung (32) aufweisenden Rezirkulationskanal (30), mittels welchem über die Eintrittsöffnung (32) in den Rezirkulationskanal (30) eingeströmte Luft in einen stromauf des Verdichterrads (14) angeordneten Eintrittsbereich (18) rückführbar ist, wobei in dem Eintrittsbereich (18) zumindest ein Hohlkörper (36) mit wenigstens einer Hohlkammer (38) angeordnet ist, welche fluidisch mit dem Rezirkulationskanal (30) verbunden und von zumindest einem Teil der Luft aus dem Rezirkulationskanal (30) durchströmbar ist und über wenigstens eine Ausströmöffnung (40) des Hohlkörpers (36) in den Eintrittsbereich (18) mündet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein solcher Verdichter für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, ist beispielsweise bereits der DE 196 47 605 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Verdichter umfasst ein Verdichtergehäuse sowie ein Verdichterrad, welches drehbar in dem Verdichtergehäuse aufgenommen ist. Dies bedeutet, dass das Verdichterrad um eine Drehachse relativ zu dem Verdichtergehäuse drehbar ist. Das Verdichterrad dient zum Verdichten von Luft, die der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine, zugeführt wird.
Das Verdichterrad weist wenigstens eine Eintrittskante auf, über die das Verdichterrad von der mittels des Verdichterrads zu verdichtenden Luft anströmbar ist. Dabei ist die Eintrittskante insbesondere durch eine Schaufel des Verdichterrads gebildet, die von der zu verdichtenden Luft über die Eintrittskante während des Betriebs des Verdichters angeströmt wird.
Der Verdichter weist darüber hinaus wenigstens einen Rezirkulationskanal auf, welcher auch als Bypass oder Bypass-Kanal bezeichnet wird. Üblicherweise ist der Rezirkulationskanal als Ringkanal gebildet und erstreckt sich üblicherweise in Umfangsrichtung des Verdichterrads vollständig umlaufend. Der Rezirkulationskanal weist zumindest eine Eintrittsöffnung auf, welche stromab der Eintrittskante angeordnet ist. Über die Eintrittsöffnung kann Luft in den Rezirkulationskanal einströmen, wobei die über die Eintrittsöffnung in den Rezirkulationskanal eingeströmte Luft mittels des Rezirkulationskanals in einem stromauf des Verdichterrads angeordneten Eintrittsbereich rückführbar ist. Der Eintrittsbereich ist stromauf des Verdichterrads angeordnet und von Luft, die mittels des Verdichterrads angesaugt wird, durchströmbar, wobei die den Eintrittsbereich durchströmende Luft das Verdichterrad über die Eintrittskante anströmt.
Bei dem Rezirkulationskanal handelt es sich um eine sogenannte Kennfeld-stabilisierende Maßnahme, welche auch als KSM bezeichnet wird. Mittels einer solchen Kennfeld-stabilisierenden Maßnahme lässt sich ein besonders breites Verdichterkennfeld realisieren. Ein Verdichter für einen Abgasturbolader mit einer solchen Kennfeld-stabilisierenden Maßnahme ist auch aus der DE 198 23 274 C1 bekannt.
Mittels des Verdichters kann die Verbrennungskraftmaschine aufgeladen werden. Darunter ist zu verstehen, dass die Verbrennungskraftmaschine mittels des Verdichters mit verdichteter Luft versorgt werden kann. Die Entwicklung aufgeladener Verbrennungskraftmaschinen beziehungsweise Motoren mit hohen Volllast-Momenten bei niedrigen Motordrehzahlen – insbesondere bei Nutzfahrzeug – wie auch Personenkraftwagen-Anwendungen – erfordert zunehmend breite Verdichterkennfelder. Bei vorgegebenem Nennpunkt, also bei dem geforderten Nenndurchsatzpunkt und dem maximalen Momentenpunkt im Verdichterkennfeld wird auch die gewünschte Pumpgrenzenlage des Verdichters maßgebend bestimmt. Die Momentenlinie mit maximal ermöglichbaren Werten der turboaufgeladenen Motoren hängt somit bis zu den mittleren Motordrehzahlen häufig von der Pumpgrenzenlage des Verdichters ab. Links der Pumpgrenze im Verdichterkennfeld, das heißt bei kleineren Durchsätzen, ist ein stabiler Betrieb der Verbrennungskraftmaschine aufgrund von Pumpstößen üblicherweise nicht durchführbar. Damit einhergehend ergibt sich dort das Risiko, dass der Abgasturbolader schon nach geringen Laufzeiten durch Schäden am Laufzeug zerstört wird.
Durch Entwicklungen von Kennfeld-stabilisierenden Maßnahmen wird seit geraumer Zeit auf die Pumpgrenze hinsichtlich einer Verschiebung zu kleinen Durchsätzen hin eingewirkt, wodurch das Anfahrmoment und das Beschleunigungsmoment beziehungsweise das maximal ermöglichbare Motormoment der Verbrennungskraftmaschine deutlich steigerbar wird. Der Gewinn an Kennfeldbereich durch Pumpgrenzenverschiebung hat jedoch nur Sinn, wenn die Stopfgrenze des Verdichters zumindest stabil verbleibt oder gegebenenfalls sogar mit einfachen Maßnahmen zu größeren Durchsätzen hin ausweitbar ist.
Es ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, Strömungsvorrichtungen zur Realisierung breiter Verdichterkennfelder zu realisieren, wobei die Funktionalität einer solchen Strömungsvorrichtung grundsätzlich auf der Steigerung des Durchsatzes basiert, der am Eintritt durch das Verdichterrad durchströmt, wodurch die Ablöseneigung der Strömung im Pumpgrenzenbereich vorzugsweise im Radaußenbereich der Eintrittsströmung gedämpft wird. Der über der Radkontur dann abgeblasene Massenstrom wird dem Verdichterrad-Eintrittsbereich über den Rezirkulationskanal quasi im Rezirkulationskreislauf relativ nahe stromauf der Eintrittskante wieder zugeführt. Unter dem abgeblasenen Massenstrom ist somit die Luft zu verstehen, die über die Eintrittsöffnung in den Rezirkulationskanal einströmt und mittels des Rezirkulationskanals zu dem stromauf der Eintrittskante angeordneten Eintrittsbereich rückgeführt wird. Die Wirkung auf die Pumpgrenzenverschiebung steht somit in Abhängigkeit zur Abblaserate, das heißt zur Menge der den Rezirkulationskanal durchströmenden Luft, wie auch in Abhängigkeit zu den mit dem Rezirkulationsstrom beeinflussten Strömungsverhältnissen an der Eintrittskante. Der effektive Luftdurchsatz für die Verbrennungskraftmaschine wird also um den Abblasemassenstrom zur Pumpgrenzenverschiebung gemindert.
Im Stopfgrenzenbereich wird über diesen Abblaseringquerschnitt, das heißt über den Rezirkulationskanal, die Luft durch Strömungsrichtungsumkehr in das Verdichterrad eingesogen, was eine Steigerung der Durchsatzkapazität des Verdichters durch die Vergrößerung der Radeintrittsflächen bei hohen Durchsatzanforderungen erbringt. Diese einfache Vorrichtung zur Kennfelderweiterung mit beschränkter Wirkung im unteren bis zur mittleren Drehzahlbereich steht meist mit relativ geringen Wirkungsgradabschlägen zwischen 1 bis weniger als 2 Prozentpunkten in Verbindung. Um die starke Geräuschwirkung, die aus dem Ringkanal austritt, zu minimieren, wird der Ringkanal, das heißt der Rezirkulationskanal, üblicherweise durch einen zusätzlichen Geräuschring direkt vor dem Ringkanal üblicherweise abgedeckt.
Ohne, dass die Rezirkulationsmenge kurz vor dem Radeintritt einströmt und die Radeintrittsströmungsverhältnisse zusätzlich beeinflusst, kann die Abblasemenge weit stromauf des Radeintritts in die anzusaugende und den Eintrittsbereich durchströmende Luft gegebenenfalls vor oder kurz nach einem Luftfilter eingebracht werden. Hierdurch erhofft man sich optimale gleichmäßige Strömungsbedingungen über die lange Mischungsstrecke für die Abblasemenge mit dem Lufthauptstrom bis an den Radeintritt. Es handelt sich hier praktisch um eine reine Abblasung einer Teilluftmenge, womit die maximale Wirkung auf die Verschiebung der Pumpgrenze erwartet wird und in einigen Fällen auch verifiziert werden kann. Diese größere Wirkung auf die Pumpgrenze muss jedoch über Wirkungsgradabschläge von häufig 2 bis 3 Prozentpunkten erkauft werden. Hinsichtlich der Akustik erhält man auf jeden Fall Vorteile durch die geschlossenen langen Rückführleitungen, die zur Geräuschdämpfung beitragen.
Die zuvor genannten Lösungen stellen Grenzfälle dar. Eine Stufe zwischen diesen beiden Grenzfällen der kurzen Rezirkulationsmengenrückführung zum Radeintritt und dem Abblasefall stellt die Verlängerung des Rezirkulationskanals dar, wodurch sich die Mischungsstrecke verlängert und unter positiven Bedingungen zur Erhöhung der Pumpgrenzenwirkung führt.
Zur Erzielung einer verbesserten aerodynamischen Adaptierbarkeit an die vielfältigen Anwendungen von Turboladerkompressoren, das heißt Verdichtern, wünscht man sich anhand weiterer geschaffener Freiheitsgrade neben den akustischen Vorteilen und der maximalen Wirkung auf die Pumpgrenze durch eine entsprechende Abblaserate auch eine gezielte Einflussnahme durch Nutzung der sonst verlorenen Abblase-Energie auf vorteilhafte ablösedämpfende Strömungsverhältnisse direkt vor dem Verdichterrad im Bereich des sogenannten Rotating Stalls.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Verdichter der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders breites Verdichterkennfeld realisieren lässt bei gleichzeitiger Realisierung eines vorteilhaften Geräuschverhaltens des Verdichters.
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 sich ein besonders breites Verdichterkennfeld sowie ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten des Verdichters realisieren lassen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem Eintrittsbereich zumindest ein Hohlkörper mit wenigstens einer Hohlkammer angeordnet ist, welche fluidisch mit dem Rezirkulationskanal verbunden und von zumindest einem Teil der Luft aus dem Rezirkulationskanal durchströmbar ist. Ferner mündet die Hohlkammer über wenigstens eine Ausströmöffnung des Hohlkörpers in den Eintrittsbereich. Dies bedeutet, dass die Luft, welche über die Eintrittsöffnung in den Rezirkulationskanal einströmt, von dem Rezirkulationskanal direkt in die Hohlkammer und somit den Hohlkörper einströmen kann. Daran anschließend durchströmt die Luft die Hohlkammer und kann über die Ausströmöffnung an die Umgebung des Hohlkörpers in den Eintrittsbereich ausströmen, wodurch die Luft von einer stromab der Eintrittskante angeordneten Stelle, an welcher die Eintrittsöffnung angeordnet ist, zu einer stromauf der Eintrittskante im Eintrittsbereich angeordneten Stelle, an welcher die Ausströmöffnung angeordnet ist, rückgeführt wird. Mit anderen Worten ist es zur Verschiebung der Pumpgrenze und auch der Stopfgrenze bei gleichzeitiger Realisierung eines sehr guten akustischen Verhaltens des Verdichters erfindungsgemäß vorgesehen, die den Rezirkulationskanal durchströmende Luft, welche auch als Abblasemenge bezeichnet wird, aus dem Rezirkulationskanal, welcher beispielsweise als Ringkanal ausgebildet ist, vorzugsweise unweit der Eintrittskante und somit eines Verdichterradeintritts direkt in den Hohlkörper beziehungsweise dessen Hohlkammer einströmen zu lassen. Der Hohlkörper befindet sich im Eintrittsbereich, welcher auch als Verdichterzuströmkanal bezeichnet wird, da die mittels des Verdichterrads zu verdichtende Luft über den Verdichterzuströmkanal dem Verdichterrad zugeführt wird. Mit anderen Worten wird die Luft von dem Verdichterrad über den Verdichterzuströmkanal angesaugt.
Der Hohlkörper hat die im Verdichterzuströmkanal beziehungsweise Eintrittsbereich angeordnete Ausströmöffnung, welche einerseits in die Hohlkammer und andererseits an die Umgebung des Hohlkörpers und somit in den Verdichterzuströmkanal mündet. Vorzugsweise ist die Ausströmöffnung gezielt ausgerichtet. Die den Verdichterzuströmkanal beziehungsweise den Eintrittsbereich durchströmende Luft wird auch als Hauptströmung oder Haupt-Verdichteransaugmenge bezeichnet. Die aus der Hohlkammer über die Ausströmöffnung in den Verdichterzuströmkanal strömende Abblasemenge, welche auch als Abblasestrom bezeichnet wird, wird im Eintrittsbereich der Haupt-Verdichteransaugmenge zugemischt und kann zusammen mit dieser das Verdichterrad über die Eintrittskante anströmen.
Bei dem Hohlkörper handelt es sich somit um eine Kennfeld-stabilisierende Maßnahme, mittels welcher ein besonders breites Kennfeld des Verdichters sowie ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten realisierbar sind. Dies bedeutet, dass die Entstehung von unerwünschten, übermäßigen Geräuschen vermieden werden kann.
Das Verdichterrad ist um eine Drehachse relativ zu dem Verdichtergehäuse drehbar, wobei die Drehachse mit der axialen Richtung des Verdichterrads zusammenfällt. Das Verdichterrad ist dabei um die Drehachse in unterschiedliche Drehstellungen drehbar, wobei sich das Verdichterrad während des Betriebs des Verdichters um die Drehachse dreht. Die Eintrittskante ist dabei in zumindest einer der Drehstellungen des Verdichterrads durch den Hohlkörper in axialer Richtung nach außen, das heißt auf einer einem Radrücken des Verdichterrads abgewandten und dem Eintrittsbereich zugewandten Seite durch den Hohlkörper überdeckt. Dies bedeutet, dass der Hohlkörper in radialer Richtung des Verdichterrads in den Eintrittsbereich zur Drehachse hin ragt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in dem Eintrittsbereich wenigstens ein Nabenkörper angeordnet, mit welchem der Hohlkörper verbunden ist. Der Nabenkörper ist dabei derart angeordnet, dass die Drehachse des Verdichterrads durch den Nabenkörper verläuft. Dies bedeutet, dass die Drehachse des Verdichterrads den Nabenkörper schneidet. Beispielsweise ist der Nabenkörper als rotationssymmetrischer Körper ausgebildet, dessen Längssymmetrieachse oder Längsmittelachse mit der Drehachse des Verdichterrads vorzugsweise zusammenfällt. Durch den Einsatz des Nabenkörpers können im Eintrittsbereich besonders vorteilhafte Strömungsbedingungen geschaffen werden, sodass sich ein besonders breites Verdichterkennfeld realisieren lässt.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn in dem Hohlkörper wenigstens ein Kanal verläuft, welcher mit der Hohlkammer fluidisch verbunden ist und über wenigstens eine Austrittsöffnung in den Eintrittsbereich mündet. Dies bedeutet, dass zumindest ein Teil der die Hohlkammer beziehungsweise den Hohlkörper durchströmenden Luft in den Kanal und somit in den Nabenkörper strömen und den Kanal beziehungsweise Nabenkörper durchströmen kann. Die den Nabenkörper durchströmende Luft kann über die Austrittsöffnung an die Umgebung des Nabenkörpers und somit in den Eintrittsbereich ausströmen. Hierdurch lässt sich eine besonders vorteilhafte Luftführung realisieren, sodass einerseits ein besonders breites Verdichterkennfeld und andererseits ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten des Verdichters realisiert werden können.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Nabenkörper wenigstens einen Durchgangskanal aufweist, welcher über zumindest eine Eingangsöffnung, über welche dem Durchgangskanal den Eintrittsbereich zuströmende Luft zuführbar ist, und über zumindest eine Ausgangsöffnung, über welche die in den Durchgangskanal über die Eingangsöffnung eingeströmte Luft aus dem Durchgangskanal in den Eintrittsbereich abführbar ist, fluidisch mit dem Eintrittsbereich verbunden ist. Mit anderen Worten ist der Durchgangskanal beidenends mit der Umgebung des Nabenkörpers und somit mit dem Eintrittsbereich beziehungsweise dem Verdichterzuströmkanal fluidisch verbunden, sodass der Durchgangskanal von den Eintrittsbereich durchströmender Luft einfach durchströmbar ist. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, dass sich die die Hohlkammer des Hohlkörpers durchströmende und in den Nabenkörper einströmende, rückzuführende beziehungsweise rezirkulierte Luft innerhalb des Hohlkörpers mit der den Durchgangskanal durchströmenden Luft aus dem Eintrittsbereich vermischt, wodurch sich ein besonders breites Verdichterkennfeld realisieren lässt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Eingangsöffnung und/oder die Ausgangsöffnung des Durchgangskanals und somit des Nabenkörpers in einer Ebene angeordnet ist, welche zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse des Verdichterrads verläuft. Die Eingangsöffnung und/oder die Ausgangsöffnung weist beispielsweise einen Mittelpunkt auf, wobei der Mittelpunkt vorzugsweise auf der Drehachse des Verdichterrads angeordnet ist. Beispielsweise sind die Eingangsöffnung und/oder die Ausgangsöffnung zumindest im Wesentlichen kreisrund ausgebildet.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in dem Eintrittsbereich zumindest ein zweiter Hohlkörper mit wenigstens einer zweiten Hohlkammer angeordnet, welche fluidisch mit dem Rezirkulationskanal verbunden und von zumindest einem Teil der Luft aus dem Rezirkulationskanal durchströmbar ist und über wenigstens eine zweite Ausströmöffnung des Hohlkörpers in den Eintrittsbereich mündet. Die folgenden und vorigen Schilderungen zum ersten Hohlkörper können ohne weiteres auch auf den zweiten Hohlkörper übertragen werden und umgekehrt. Dieser Ausführungsform liegt die Idee zugrunde, in dem Eintrittsbereich eine Mehrzahl von Hohlkörpern anzuordnen, denen die den Rezirkulationskanal durchströmende Luft direkt zuführbar ist. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Führung der Luft realisiert werden, sodass ein besonders breites Verdichterkennfeld dargestellt werden kann bei gleichzeitiger Realisierung eines vorteilhaften Geräuschverhaltens des Verdichters.
Die Hohlkörper sind dabei in Umfangsrichtung des Verdichterrads voneinander beabstandet. Die Umfangsrichtung ist dabei eine Richtung, welche um die Drehachse des Verdichterrads verläuft und beispielsweise mit einer Drehrichtung, in die sich das Verdichterrads während des Betriebs des Verdichters dreht, zusammenfällt. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Hohlkörper in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet und somit gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Somit weisen die Hohlkörper beiderseits gleiche, in Umfangsrichtung verlaufende Abstände auf. Mit anderen Worten sind die Hohlkörper vorzugsweise paarweise gleich voneinander beabstandet.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Hohlkörper mit dem Nabenkörper verbunden sind. Die Hohlkörper erstrecken sich somit ausgehend von dem Nabenkörper in radialer Richtung nach außen, wodurch besonders vorteilhafte Strömungsbedingungen im Eintrittsbereich realisierbar sind.
Zur Realisierung besonders vorteilhafter Strömungsbedingungen ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung nun vorgesehen, dass die Ausströmöffnung des Hohlkörpers in einer die Hohlkammer in Umfangsrichtung begrenzenden Wandung des Hohlkörpers ausgebildet ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Ausströmöffnung in einer die Hohlkammer in axialer Richtung begrenzenden, insbesondere dem Verdichterrad zugewandten, Wandung des Hohlkörpers ausgebildet ist. Dadurch kann die in den Eintrittsbereich rückzuführende beziehungsweise rezirkulierte Luft besonders vorteilhaft aus dem Hohlkörper aus- und in den Eintrittsbereich einströmen.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Hohlkörper außenumfangsseitig zumindest in einem Teilbereich als Tragflächenprofil, insbesondere mit einer geraden oder gekrümmten Skelettlinie, ausgebildet ist. Somit kann der Hohlkörper besonders vorteilhaft beziehungsweise aerodynamisch günstig von der den Eintrittsbereich durchströmenden Luft umströmt werden, sodass ein besonders vorteilhafter Betrieb des Verdichters darstellbar ist.
Der erfindungsgemäße Verdichter ist vorzugsweise als Radialverdichter ausgebildet und wird von der den Eintrittsbereich durchströmenden Luft in axialer Richtung angeströmt. Mit anderen Worten durchströmt die Luft den Eintrittsbereich in axialer Richtung des Verdichterrads. Die Luft wird dann umgelenkt, sodass die mittels des Verdichterrads verdichtete Luft in radialer Richtung von dem Verdichterrad abströmt.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine die Hohlkammer begrenzende Wandung des Hohlkörpers zumindest in einem Teilbereich porös ist. Dies bedeutet, dass die Wandung zumindest in dem Teilbereich Poren aufweist, durch welche die die Hohlkammer durchströmende Luft hindurchströmen und somit in den Eintrittsbereich einströmen kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Wandung eine heterogene Porositätsverteilung aufweist. Dies bedeutet, dass die Wandung eine zumindest im Wesentlichen ungleichmäßige Porosität aufweist.
Als vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Porosität der Wandung in axialer Richtung variiert. Unter einer solchen Variation der Porosität ist zu verstehen, dass die Wandung in einem ersten Teilbereich poröser als in einem zweiten Teilbereich ist, wobei beide Teilbereich porös und infolge dieser jeweiligen Porosität von der Luft aus der Hohlkammer durchströmbar sind. Mit anderen Worten ist es bei dieser Ausführungsform ein gradierter Porositätsverlauf in axialer Richtung vorgesehen, sodass beispielsweise die Porosität der Wandung in axialer Richtung zunimmt oder abnimmt.
Alternativ oder zusätzlich kann ein gradierter Porositätsverlauf in radialer Richtung vorgesehen sein. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die Porosität der Wandung in radialer Richtung variiert, sodass die Porosität beispielsweise in einem ersten Teilbereich der Wandung stärker als in einem in radialer Richtung innenseitig des ersten Teilbereichs angeordneten, zweiten Teilbereich ist, wobei beide Teilbereiche porös sind.
Zur Erfindung gehört auch ein Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, wobei der Abgasturbolader einen erfindungsgemäßen Verdichter umfasst. Ferner umfasst der Abgasturbolader eine Turbine, welche von Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Der Verdichter ist dabei mit der Turbine gekoppelt und von der Turbine antreibbar, sodass im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden kann.
Die Hohlkörper können tragflächenprofilierte Verstrebungen, insbesondere eine Hohlnabe, sein, sodass beispielsweise ein Dreistern gebildet ist. Mit anderen Worten können genau drei oder mindestens drei Hohlkörper vorgesehen sein. Ferner können die Hohlkörper Schaufeln von Gleichrichter- oder Vordrallgittern insbesondere mit angestrebter optimierter Schaufelzahl sein. Zur Verschiebung der Stopfgrenze erfolgt beispielsweise an den Ausströmöffnungen der Hohlkörper durch die Saugwirkung des Verdichters eine Strömungsumkehr, wobei die Ausströmöffnungen mit der beispielsweise zumindest im Wesentlichen ringförmigen Eintrittsöffnung über dem Verdichterrad als zusätzlicher Ansaugquerschnitt zur Realisierung einer erhöhten Durchsatzkapazität des Verdichters wirksam werden. Hierdurch lässt sich ein praktisch abgeschlossenes Rezirkulationssystem schaffen, in welchem die rückzuführende Luft, welche auch als Abblasemenge bezeichnet wird, strömt. Durch dieses praktisch abgeschlossene Rezirkulationssystem ergeben sich vorteilhafte Bedingungen, um die Geräuschentwicklung für ein günstiges akustisches Verhalten nach außen gering zu halten. Die Hohlkörper stellen zusätzliche geometrische Komponenten dar, wodurch sich zusätzliche Freiheitsgrade zur Gestaltung des Verdichterkennfelds und des Geräuschverhaltens realisieren lassen. Durch die geometrischen zusätzlichen Komponenten lassen sich angestrebte Verbesserungen zur Erweiterung des Verdichterkennfelds entwickeln. Es ist denkbar, dass für einen bestimmten Verdichter auswechselbare Module entwickelt werden, welche unterschiedliche, die Hohlkörper umfassende Beschaufelungen umfassen. Mit anderen Worten stellen die jeweiligen Hohlkörper der Module Abblasevorleitbeschaufelungen dar, welche beispielsweise hinsichtlich der Anzahl der Hohlkörper und/oder der außenumfangsseitigen Gestaltungen der Hohlkörper und/oder hinsichtlich anderer Parameter unterschiedlich ausgebildet sind. Mit Hilfe dieser unterschiedlichen Module kann jeweils die gewünschte Kennfeldbreite erzielt werden, sodass sich das jeweilige Modul betreffend für den jeweiligen Einsatz optimal verwenden lässt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele 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 eine schematische Längsschnittansicht eines Verdichters gemäß einer ersten Ausführungsform für einen Abgasturbolader, mit einer Mehrzahl von in einem Eintrittsbereich angeordneten Hohlkörpern, welche fluidisch mit einem Rezirkulationskanal verbunden und von zumindest einem Teil von Luft aus dem Rezirkulationskanal durchströmbar sind und über jeweilige Ausströmöffnungen der Hohlkörper in einen Eintrittsbereich münden;
2 eine schematische Querschnittsansicht eines der Hohlkörper gemäß einer ersten Ausführungsform entlang einer in 1 gezeigten Schnittlinie A-A;
3 eine schematische Querschnittsansicht eines der Hohlkörper gemäß einer zweiten Ausführungsform entlang einer in 1 gezeigten Schnittlinie A-A;
4 eine schematische Längsschnittansicht des Verdichters gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
5 eine schematische Längsschnittansicht des Verdichters gemäß einer dritten Ausführungsform.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Verdichter gemäß einer ersten Ausführungsform für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine. Der Abgasturbolader umfasst beispielsweise eine in 1 nicht dargestellte Turbine, welche von Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Der Verdichter 10 ist von der Turbine antreibbar, sodass im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten von Luft genutzt werden kann. Diese Luft wird mittels des Verdichters 10 verdichtet und der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine, zugeführt.
Der Verdichter 10 umfasst ein Verdichtergehäuse 12, in welchem ein Verdichterrad 14 des Verdichters 10 drehbar aufgenommen ist. Dies bedeutet, dass der Verdichter 10 das Verdichterrad 14 umfasst, das in dem Verdichtergehäuse 12 drehbar aufgenommen ist. Das Verdichterrad 14 ist dabei um eine Drehachse 16 relativ zu dem Verdichtergehäuse 12 drehbar und kann somit in unterschiedliche Drehstellungen relativ zum Verdichtergehäuse 12 gedreht werden. Während des Betriebs des Verdichters dreht sich das Verdichterrad 14 in eine Drehrichtung um die Drehachse 16 relativ zum Verdichtergehäuse 12.
Der Verdichter 10, insbesondere das Verdichtergehäuse 12, weist einen stromauf des Verdichterrads 14 angeordneten Eintrittsbereich 18 auf, welcher auch als Verdichterzuströmkanal bezeichnet wird, da das Verdichterrad 14 während des Betriebs des Verdichters 10 Luft über den Verdichterzuströmkanal ansaugt. Die angesaugte Luft durchströmt somit den Verdichterzuströmkanal beziehungsweise den Eintrittsbereich 18 vorliegend in axialer Richtung des Verdichterrads 14. Durch das Verdichtergehäuse 12 ist ein stromab des Verdichterrads 14 angeordneter Abführkanal 20 gebildet, welcher sich beispielsweise in Umfangsrichtung des Verdichterrads 14 über dessen Umfang zumindest im Wesentlichen spiralförmig erstreckt. Somit wird der Abführkanal 20 auch als Verdichterspirale bezeichnet.
Das Verdichterrad 14 ist in einem Aufnahmebereich 22 angeordnet, welcher auch als Strömungskanal bezeichnet wird. Der Strömungskanal beziehungsweise Aufnahmebereich 22 ist über einen sogenannten Diffuser 24 fluidisch mit der Verdichterspirale verbunden, sodass die vom Verdichterrad 14 angesaugte und mittels des Verdichterrads 14 verdichtete Luft das Verdichterrad 14 abströmen und in den Diffusor 24 einströmen kann. Mittels des Diffusors 24 wird die verdichtete Luft in die Verdichterspirale (Abführkanal 20) geleitet.
Das Verdichterrad 14 weist eine Mehrzahl von Schaufeln auf, von denen in 1 eine mit 26 bezeichnete Schaufel erkennbar ist. Die Schaufel 26 wird auch als Laufradschaufel bezeichnet, wobei die vorigen und folgenden Ausführungen zur Schaufel 26 ohne weiteres auf die anderen Schaufeln des Verdichterrads 14 übertragbar sind. Durch die Schaufel 26 ist eine Eintrittskante 28 des Verdichterrads 14 gebildet. Über diese Eintrittskante 28 ist das Verdichterrad 14 von der mittels des Verdichterrads 14 zu verdichtende Luft anströmbar. Mit anderen Worten strömt die den Eintrittsbereich 18 durchströmende Luft die Eintrittskante 28 und somit das Verdichterrad 14 zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung an. Daraufhin durchströmt die Luft den Strömungskanal beziehungsweise den Aufnahmebereich 22 und wird dabei mittels des Verdichterrads 14 verdichtet. Die Luft wird ferner umgelenkt und strömt das Verdichterrad 14 zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung ab, sodass der Verdichter 10 als Radialverdichter ausgebildet ist.
Der Verdichter 10 weist darüber hinaus einen Rezirkulationskanal 30 auf, welcher zumindest eine in Strömungsrichtung der den Strömungskanal durchströmenden Luft stromab der Eintrittskante 28 angeordnete Eintrittsöffnung 32 aufweist. Die Eintrittsöffnung 32 ist dabei als Ringöffnung beziehungsweise zumindest im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und erstreckt sich dabei in Umfangsrichtung des Verdichterrads 14 über dessen Umfang vollständig umlaufend um das Verdichterrad 14. Zumindest ein Teil der den Aufnahmebereich 22 beziehungsweise den Strömungskanal durchströmenden Luft kann die Eintrittsöffnung 32 durchströmen und somit über die Eintrittsöffnung 32 in den Rezirkulationskanal 30 einströmen, welcher auch als Bypass oder Bypass-Kanal bezeichnet wird. Die über die Eintrittsöffnung 32 in den Rezirkulationskanal 30 eingeströmte Luft wird – wie in 1 durch Richtungspfeile veranschaulicht ist – mittels des Rezirkulationskanals 30 in den stromauf des Verdichterrads 14 angeordneten Eintrittsbereich 18 rückgeführt. Da das Verdichterrad 14 in radialer Richtung nach außen zumindest teilweise durch die Eintrittsöffnung 32 überdeckt ist, ist eine Außenkontur 34 des Verdichterrads 14 zumindest teilweise in radialer Richtung nach außen hin durch die Eintrittsöffnung 32 überdeckt. Die Außenkontur 34 wird dabei auch als Radaußenkontur bezeichnet, über welcher die Eintrittsöffnung 32 angeordnet ist. Die die Eintrittsöffnung 32 durchströmende und über die Eintrittsöffnung 32 in den Rezirkulationskanal 30 einströmende Luft wird auch als Abblasemenge bezeichnet, wobei der Vorgang des Rezirkulierens der Luft auch als Abblasen bezeichnet wird. Dies ist der Fall, da zumindest ein Teil der Luft aus dem Strömungskanal über die Eintrittsöffnung 32 und den Rezirkulationskanal 30 abgeführt wird. Daher wird die Eintrittsöffnung 32 auch als Abblaseöffnung bezeichnet.
Um nun ein besonders breites Kennfeld des Verdichters 10 sowie ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten zu realisieren, ist in dem Eintrittsbereich eine Mehrzahl von Hohlkörpern 36 angeordnet, wobei der jeweilige Hohlkörper 36 – wie in Zusammenschau mit 2 und 3 erkennbar ist – wenigstens eine Hohlkammer 38 aufweist. 2 zeigt dabei eine erste Ausführungsform des jeweiligen Hohlkörpers 36, wobei 3 eine zweite Ausführungsform des jeweiligen Hohlkörpers 36 zeigt. Die jeweilige Hohlkammer 38 ist fluidisch mit dem Rezirkulationskanal 30 verbunden, sodass die Abblasemenge aus dem Rezirkulationskanal 30 direkt in die Hohlkammer 38 einströmen kann. Die jeweilige Hohlkammer 38 ist demzufolge von zumindest einem Teil der Luft aus dem Rezirkulationskanal 30 durchströmbar. Ferner mündet die jeweilige Hohlkammer 38 über eine Mehrzahl von jeweiligen Ausströmöffnungen 40 des jeweiligen Hohlkörpers 36 an die Umgebung des Hohlkörpers 36 und somit in den Eintrittsbereich 18. Die Abblasemenge kann somit über die Ausströmöffnungen 40 aus der Hohlkammer 38 beziehungsweise dem Hohlkörper 36 aus- und in den Eintrittsbereich 18 einströmen. Die Hohlkörper 36 sind dabei in Umfangsrichtung des Verdichterrads 14 voneinander beabstandet angeordnet. Unter dieser Umfangsrichtung des Verdichterrads 14 ist eine Richtung zu verstehen, welche sich um die Drehachse 16 erstreckt, wobei die Umfangsrichtung beispielsweise mit der Drehrichtung des Verdichterrads 14 zusammenfällt.
Aus 1 ist erkennbar, dass der Rezirkulationskanal 30, welcher vorzugsweise als Ringkanal ausgebildet ist und sich demzufolge in Umfangsrichtung vollständig umlaufend erstreckt, in radialer Richtung einerseits durch ein erstes Gehäuseelement 42 und andererseits durch ein zweites Gehäuseelement 44 zumindest teilweise begrenzt ist. Die Gehäuseelemente 42 und 44 sind dabei nicht einstückig miteinander ausgebildet, sondern die Gehäuseelemente 42 und 44 sind als separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Bauteile ausgebildet, wobei das Gehäuseelement 44 beispielsweise ein Einsatzteil ist, welches in das Gehäuseelement 42 eingesetzt ist. Der jeweilige Hohlkörper 36 erstreckt sich dabei ausgehend von dem Gehäuseelement 44 in radialer Richtung nach innen, das heißt in Richtung der Drehachse 16, sodass die Eintrittskante 28 in zumindest einer Drehstellung des Verdichterrads 14 durch den jeweiligen Hohlkörper 36 auf einer einem Radrücken 46 abgewandten und dem Eintrittsbereich 18 zugewandten Seite überdeckt ist.
Ferner ist in dem Eintrittsbereich 18 ein Nabenkörper 48 angeordnet, dessen Längsmittelachse 50 mit der Drehachse 16 zusammenfällt. Dies bedeutet, dass die Drehachse 16 den Nabenkörper 48 schneidet beziehungsweise diesen durchläuft. Die Hohlkörper 36 sind dabei mit dem Nabenkörper 48 verbunden, wobei die Hohlkörper 36 und der Nabenkörper 48 vorzugsweise an dem Verdichtergehäuse 12 festgelegt sind. Dies bedeutet, dass die Hohlkörper 36 und der Nabenkörper 48 relativ zu dem Verdichtergehäuse 12 unbeweglich sind.
Ferner ist aus 1 besonders gut erkennbar, dass die Ausströmöffnungen 40 in jeweiligen, die jeweiligen Hohlkammern 38 in Umfangsrichtung begrenzenden Wandungen 52 der jeweiligen Hohlkörper 36 angeordnet sind.
Ausgehend von der zumindest im Wesentlichen ringförmigen Abblaseöffnung (Eintrittsöffnung 32) über der Radaußenkontur strömt die Abblasemenge in den Rezirkulationskanal 30, der dann zu wenigstens einem jeweiligen Eintritt der Hohlkörper 36 führt. Über den jeweiligen Eintritt kann die Abblasemenge aus dem Rezirkulationskanal 30 aus- und in die jeweilige Hohlkammer 36 einströmen. Die jeweilige Hohlkammer 38 ist dabei ein Innenraum des Hohlkörpers 36. Durch diesen Innenraum kann die Abblasemenge hindurch- und zu den Ausströmöffnungen 40 strömen.
2 zeigt, dass der jeweilige Hohlkörper 36 außenumfangsseitig zumindest in einem Teilbereich als Tragflächenprofil ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass der jeweilige Hohlkörper 36 als Hohlschaufel gebildet ist. Ferner ist es denkbar, dass der Nabenkörper 48 als Hohlprofil und somit als Hohlnabe ausgebildet ist, sodass der Nabenkörper 48 beispielsweise eine weitere Hohlkammer aufweist. Durch die weitere Hohlkammer des Nabenkörpers 48 ist beispielsweise ein in dem Nabenkörper 48 verlaufender Kanal gebildet, welcher mit der jeweiligen Hohlkammer 38 des jeweiligen Hohlprofils 36 fluidisch verbunden ist. Der in dem Nabenkörper 48 verlaufende Kanal kann über wenigstens eine Austrittsöffnung in den Eintrittsbereich 18 münden. Diese Austrittsöffnung ist beispielsweise in einer Stirnseite 54 des Nabenkörpers 48 ausgebildet, sodass die Austrittsöffnung in einer Ebene verläuft, welche sich zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse 50 erstreckt. Die Hohlkörper 36 sind als tragflächenprofilförmige Gebilde ausgebildet, wobei die Abblasemenge durch die Ausströmöffnungen 40 und gegebenenfalls die Austrittsöffnung in den Eintrittsbereich 18 strömen kann. Durch den Nabenkörper 48 und die Hohlkörper 36 ist eine Leitvorrichtung geschaffen, welche in dem Eintrittsbereich 18 angeordnet ist. Dabei stellen die Hohlkörper 36 Streben dar, welche sich in radialer Richtung nach außen von dem Nabenkörper 48 weg in Richtung des Rezirkulationskanals 30 erstrecken.
Durch die im Wesentlichen vorhandene Triebkraft der Zentrifugalwirkung des Verdichterrads 14 erfolgt das Ausströmen der Abblasemenge und die Zumischung der Abblasemenge zu einem den Eintrittsbereich 18 durchströmenden Haupt-Verdichtereintrittsmassenstrom in Abhängigkeit von einem örtlichen Gegendruck an der jeweiligen Ausströmöffnung 40 beziehungsweise Austrittsöffnung. Die in 1 gezeigte Dimensionierung des jeweiligen, als räumliche Hohlschaufel ausgebildeten Hohlkörpers 36 betrifft hier aktuell eine Dreistern-Verstrebung zur Aufnahme des vorzugsweise hohlen Nabenkörpers 48. Mit anderen Worten sind vorzugsweise genau drei Hohlkörper 36 vorgesehen, welche vorzugsweise in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Sind die Hohlkörper 36 als Beschaufelung zur Strömungsgleichrichtung oder Vordrallerzeugung ausgebildet, so liegt die Anzahl der Hohlkörper 36 merklich über der Zahl 3, sodass die in 1 dargestellte axiale Ausdehnung beziehungsweise Erstreckung der Hohlkörper 36 deutlich gemindert werden kann.
Aus 2 ist erkennbar, dass der jeweilige Hohlkörper 36 vorzugsweise in Umfangsrichtung beidseitig Ausströmöffnungen 40 aufweist. In 2 veranschaulichen gestrichelte Richtungspfeile die Strömung der Abblasemenge über die Ausströmöffnungen 40 an die Umgebung des Hohlkörpers 36, wobei durchgezogene Richtungspfeile die Umströmung des Hohlkörpers 36 von den Eintrittsbereich 18 durchströmender Luft veranschaulicht. Dabei ist in 2 erkennbar, dass der zumindest im Wesentlichen tragflächenprofilförmige Hohlkörper 36 eine Profilnase 56 aufweist, welche auch als Eintrittskante des Hohlkörpers 36 bezeichnet wird. Ferner weist der Hohlkörper 36 eine Hinterkante 58 auf. Über die Profilnase 56 wird der Hohlkörper 36 von der den Eintrittsbereich 18 durchströmenden Luft angeströmt, wobei die den Hohlkörper 36 umströmende Luft den Hohlkörper 36 über die Hinterkante 58 abströmt. Am Beispiel der betrachteten räumlichen Beschaufelung wird eine Druckabsenkung an der relativ dicken Profilnase 56 zur Unterstützung der Abblasewirkung genutzt, weshalb hier die beispielsweise als Bohrungen ausgebildeten Ausströmöffnungen 40 im Bereich der Profilnase 56 mit geringem statischem Druck angeordnet werden. Durch den axial starken Flächeneinzug des Strömungskanals von der senkrecht zur Drehachse 16 stehenden Schaufelfront bis zur schräg liegenden Hinterkante 58 des als Hohlschaufel ausgebildeten Hohlkörpers 36 sind auch Ausblasebohrungen beziehungsweise Ausströmöffnungen im mittleren bis hinteren Schaufelbereich denkbar, da sich die Strömungsbeschleunigung und damit die statische Druckabsenkung zur Verstärkung der Einblasung und Strömungsgesundung der Mischungseffekte hier positiv auswirken. Mittels der Schräglage der jeweiligen Hinterkante 58 wird eine zeitliche Verteilung des Schaufelnachlaufs angestrebt, um die Anregungsintensität für die Radbeschaufelung zu dämpfen und nieder zu halten, damit keine kritischen Schaufelschwingungsamplituden induziert werden.
Aus 1 ist erkennbar, dass die jeweilige Hinterkante 58 bezogen auf die radiale Richtung zumindest im Wesentlichen schräg zur axialen Richtung verläuft, sodass der jeweilige Hohlkörper 36 auf Seiten des Rezirkulationskanals 30 eine wesentlich größere axiale Erstreckung aufweist als auf Seiten der Drehachse 16 beziehungsweise des Nabenkörpers 48. Die Profilnase 56 beziehungsweise die Eintrittskante jedoch verläuft zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse 16 beziehungsweise zur axialen Richtung und somit zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung. Aus 2 ist ferner erkennbar, dass der Hohlkörper 36 ein Schaufelprofil aufweist, das einem Profilschnitt einer hohlen Verstrebung entspricht. Der äußere Schnitt entlang der Schnittlinie A-A unterscheidet sich in der geometrischen Ausdehnung beträchtlich von der Hohlbeschaufelung des inneren Bereichs bei geringem Radius in der Nähe des Nabenkörpers 48. Der radiale Flächenverlauf der Hohlschaufel-Durchgangsfläche für die Abblasemenge von außen bis zur Drehachse 16 lässt sich in Anlehnung an die Zunahme der Summe der Ausblasflächen der Schaufel zum Beispiel linear reduzieren. Ein letzter Teilstrom der Abblasemenge wird über die Austrittsöffnung, die sich im Nabenkörper 48 befindet, dem Haupt-Verdichtereintrittsstrom, welcher auch als Verdichteransaug-Massenstrom bezeichnet wird, zugemischt.
In 2 ist ferner die mit 60 bezeichnete Skelettlinie des tragflächenprofilförmigen Hohlkörpers 36 veranschaulicht, wobei die Skelettlinie 60 gerade ist. Ist die Skelettlinie 60, wie in 2 gezeigt, zumindest im Wesentlichen gerade, so dient die durch die Hohlkörper 36 gebildete Beschaufelung der Strömungsgleichrichtung. Ist die Skelettlinie 60 jedoch, wie beispielsweise in 3 gezeigt, gewölbt oder gekrümmt, so dient die durch die Hohlkörper 36 gebildete Beschaufelung der Drallerzeugung, sodass der den Eintrittsbereich 18 durchströmenden und somit die Hohlkörper 36 umströmenden Luft ein Drall und somit bezogen auf das Verdichterrad 14 ein Vordrall aufgeprägt wird.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Hohlkörpers 36, welcher ebenfalls als Tragflächenprofil, nun jedoch mit einer gekrümmten Skelettlinie 60 ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist der Hohlkörper 36 gemäß 3 als Schaufel ausgebildet, dem die Aufgabe einer Vordrallerzeugung vor, das heißt stromauf des Verdichterrads 14 zufällt. Durch die Dimensionierung und Anordnung der Ausströmöffnungen 40 lässt sich neben der Strömungsstabilisierung durch die Grenzschichtbeeinflussung auf einer Saugseite 62 des Hohlkörpers 36 auch durch Ausströmöffnungen 40 auf einer der Saugseite 62 gegenüberliegenden Druckseite 64 des Hohlkörpers 36 auf den effektiven Austrittswinkel der Strömung mit einwirken. Zur Verstärkung der Pumpgrenzverschiebung hin zu kleineren Luftdurchsätzen wird die gezeigte Beschaufelung mit einem Abströmwinkel versehen, der hier zu einer Radeintrittsmitdrallströmung führt.
In 3 sind die im Bereich der Profilnase 56 angeordneten Ausströmöffnungen mit 40 bezeichnet, wobei auf der Druckseite 64 eine mit 41 bezeichnete Ausströmöffnung im hinteren Bereich, insbesondere im Bereich der Hinterkante 18, angeordnet ist.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform des Verdichters 10, wobei eine durch den Nabenkörper 48 und die Hohlkörper 36 gebildete Leiteinrichtung vorgesehen ist, deren Ausströmöffnungen durch eine Porosität von die jeweiligen Hohlkammern 38 begrenzenden Wandungen 52 der Hohlkörper 36 bestimmt wird. Mit anderen Worten ist es bei der zweiten Ausführungsform vorgesehen, dass die Hohlkörper 36, insbesondere die Hohlkammern 38 begrenzende Wandungen, zumindest in einem jeweiligen Teilbereich porös ausgebildet sind und demzufolge Poren aufweisen, die von der Luft aus der jeweiligen Hohlkammer 38 durchströmbar sind. Dadurch kann die rückzuführende Luft über die Poren aus der Hohlkammer 38 an die Umgebung des jeweiligen Hohlkörpers 36 und somit in den Eintrittsbereich 18 einströmen. Prinzipiell lassen sich inhomogene Porositäten zum Beispiel durch Sinterprozesse erzeugen, wodurch über die Herstellungsverfahrensparameter die Porenverteilung und damit die Verteilung der Ausströmöffnungen in gewünschter Form örtlich gezielt auf einer Oberfläche des Hohlkörpers 36 beeinflusst werden können. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass beispielsweise zumindest eine, die jeweilige Hohlkammer 38 zumindest teilweise begrenzende Wandung des jeweiligen Hohlkörpers 36 einen ersten Teilbereich mit einer ersten Porosität, sowie einen zweiten Teilbereich mit einer zweiten Porosität aufweist, wobei die erste Porosität und die zweite Porosität unterschiedlich sind.
Als vorteilhaft könnte die Verstärkung der Porosität von innen nach außen hinsichtlich der Ausblasmengenverteilung Sinn machen. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der zweite Teilbereich mit der zweiten Porosität in radialer Richtung außerhalb des ersten Teilbereichs mit der ersten Porosität angeordnet ist, wobei die zweite Porosität größer als die erste Porosität ist. Dies bedeutet, dass der zweite Teilbereich poröser als der erste Teilbereich ist. Zudem sind Optimierungen zur Nutzung von Porositätsflächenbereichen in Kombination zu vollständig undurchlässigen Flächenbereichen eine Aufgabe von Entwicklungen, deren Ergebnisse durch Know-how-Schaffung in die Anwendungen führen könnten.
Die Porosität kann homogen oder gezielt inhomogen sein, sodass die Porosität beispielsweise in radialer Richtung innen gering ist und sich in radialer Richtung nach außen hin zunehmend verstärkt. Infolge der Porosität sind die Hohlschaufeln gasdurchlässig, sodass die rückzuführende Luft die porösen Wandungen 52 durchströmen kann. Mit anderen Worten ist es beispielsweise vorgesehen, dass die zumindest eine Wandung einen dritten Teilbereich aufweist, welcher im Gegensatz zu dem porösen Teilbereich luftundurchlässig ist.
Es kann also eine zumindest im Wesentlichen heterogene Porositätsverteilung vorgesehen sein, oder die Porosität kann in radialer und/oder axialer Richtung zunehmen.
5 zeigt eine dritte Ausführungsform des Verdichters 10. In 5 ist somit ein weiteres Anwendungsbeispiel der Abblasung in Strömungsgleichrichtung oder Drallerzeugung mittels einer Gitterbildung der als Hohlschaufeln ausgebildeten Hohlkörper 36 veranschaulicht, wobei bei der dritten Ausführungsform wesentlich mehr als drei Hohlkörper 36 vorgesehen sind. Beispielsweise sind genau sieben oder mehr als sieben Hohlkörper 36 vorgesehen. Bei der dritten Ausführungsform ist der Nabenkörper 48 ein offener und relativ großer Nabenkörper, welcher zumindest in einem Längenbereich konusförmig ausgebildet ist. Vorliegend ist der Nabenkörper 48 außenumfangsseitig konusförmig ausgebildet und verjüngt sich in axialer Richtung in Richtung des Verdichterrads 14.
Darüber hinaus weist der Nabenkörper 48 einen Durchgangskanal 66 auf, welcher über zumindest eine Eingangsöffnung 68, über welche dem Durchgangskanal 66 zumindest ein Teil der den Eintrittsbereich 18 durchströmenden Luft zuführbar ist, und über zumindest eine Ausgangsöffnung 70, über welche die in den Durchgangskanal 66 über die Eingangsöffnung 68 eingeströmte Luft aus dem Durchgangskanal 66 in den Eintrittsbereich 18 abführbar ist, fluidisch mit dem Eintrittsbereich 18 verbunden ist. Mit anderen Worten ist der Durchgangskanal 66 beidenends mit dem Eintrittsbereich 18 verbunden, sodass die den Eintrittsbereich durchströmende Luft den Durchgangskanal 66 durchströmen kann. Dabei ist auch der Durchgangskanal 66 zumindest im Wesentlichen konusförmig ausgebildet und verjüngt sich in Richtung des Verdichterrads 14 in axialer Richtung.
Der Nabenkörper 48 erlaubt die Ausblasung eines größeren Anteils der Abblasemenge bei kleinen Radien und wird von einem Teil der den Eintrittsbereich 18 durchströmenden Luft, das heißt von einem Teil der Verdichteransaugluft, mit durchströmt. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Durchgangskanal 66 fluidisch mit den Hohlkammern 38 verbunden ist, sodass zumindest ein Teil der die Hohlkammern 38 durchströmenden Luft in den Durchgangskanal 66 einströmen kann, sodass sich diese aus den Hohlkammern 38 ausströmende und in den Durchgangskanal 66 einströmende Luft innerhalb des Nabenkörpers 48, das heißt in dem Durchgangskanal 66, mit der den Durchgangskanal 66 durchströmenden Luft mischen kann.
Die Ausblasung aus den als Hohlschaufeln ausgebildeten Hohlkörpern 36 wird gemäß 5 über die Ausströmöffnungen 40 gelöst, welche vorliegend als lange Ausblasschlitze ausgebildet sind. Dies bedeutet, dass die Ausströmöffnungen 40 als Schlitze ausgebildet sind, welche eine wesentlich größere Länge als Breite aufweisen. Je nach dem Flächenbedarf der Ausblasung sind auch Anordnungen von langen Ausblasschlitzen über den Schaufeloberflächen möglich, die weitgehend parallel zueinander angeordnet sein können.
Bezugszeichenliste

10: Verdichter
12: Verdichtergehäuse
14: Verdichterrad
16: Drehachse
18: Eintrittsbereich
20: Abführkanal
22: Aufnahmebereich
24: Diffusor
26: Schaufel
28: Eintrittskante
30: Rezirkulationskanal
32: Eintrittsöffnung
34: Außenkontur
36: Hohlkörper
38: Hohlkammer
40: Ausströmöffnung
41: Ausströmöffnung
42: Gehäuseelement
44: Gehäuseelement
46: Radrücken
48: Nabenkörper
50: Längsmittelachse
52: Wandung
54: Stirnseite
56: Profilnase
58: Hinterkante
60: Skelettlinie
62: Saugseite
64: Druckseite
66: Durchgangskanal
68: Eingangsöffnung
70: Ausgangsöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19647605 A1 [0002]
DE 19823274 C1 [0005]

Claims

Verdichter (10) für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Verdichtergehäuse (12), mit einem drehbar in dem Verdichtergehäuse (12) aufgenommenen Verdichterrad (14), welches wenigstens eine Eintrittskante (28) aufweist, über die das Verdichterrad (14) von mittels des Verdichterrads (14) zu verdichtender Luft anströmbar ist, und mit wenigstens einem zumindest eine stromab der Eintrittskante (28) angeordnete Eintrittsöffnung (32) aufweisenden Rezirkulationskanal (30), mittels welchem über die Eintrittsöffnung (32) in den Rezirkulationskanal (30) eingeströmte Luft in einen stromauf des Verdichterrads (14) angeordneten Eintrittsbereich (18) rückführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Eintrittsbereich (18) zumindest ein Hohlkörper (36) mit wenigstens einer Hohlkammer (38) angeordnet ist, welche fluidisch mit dem Rezirkulationskanal (30) verbunden und von zumindest einem Teil der Luft aus dem Rezirkulationskanal (30) durchströmbar ist und über wenigstens eine Ausströmöffnung (40) des Hohlkörpers (36) in den Eintrittsbereich (18) mündet.
Verdichter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Eintrittsbereich (18) wenigstens ein Nabenkörper (48) angeordnet ist, mit welchem der Hohlkörper (36) verbunden ist.
Verdichter (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Nabenkörper (48) wenigstens ein Kanal verläuft, welcher mit der Hohlkammer (38) fluidisch verbunden ist und über wenigstens eine Austrittsöffnung in den Eintrittsbereich (18) mündet.
Verdichter (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenkörper (48) wenigstens einen Durchgangskanal (66) aufweist, welcher über zumindest eine Eingangsöffnung (68), über welche dem Durchgangskanal (66) den Eintrittsbereich (18) durchströmende Luft zuführbar ist, und über zumindest eine Ausgangsöffnung (70), über welche die in den Durchgangskanal (66) über die Eingangsöffnung (68) eingeströmte Luft aus dem Durchgangskanal (66) in den Eintrittsbereich (18) abführbar ist, fluidisch mit dem Eintrittsbereich (18) verbunden ist.
Verdichter (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsöffnung (68) und/oder die Ausgangsöffnung (70) in einer Ebene angeordnet ist, welche senkrecht zu einer Drehachse (16) des Verdichterrads (14) verläuft.
Verdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Eintrittsbereich (18) zumindest ein zweiter Hohlkörper (36) mit wenigstens einer zweiten Hohlkammer (48) angeordnet ist, welche fluidisch mit dem Rezirkulationskanal (30) verbunden und von zumindest einem Teil der Luft aus dem Rezirkulationskanal (30) durchströmbar ist und über wenigstens eine zweite Ausströmöffnung (40) des zweiten Hohlkörpers (36) in den Eintrittsbereich (18) mündet.
Verdichter (10) nach Anspruch 6 und einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (36) mit dem Nabenkörper (48) verbunden sind.
Verdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmöffnung (40) in einer die Hohlkammer (38) in Umfangsrichtung des Verdichterrads (14) begrenzenden Wandung (52) des Hohlkörpers ausgebildet ist.
Verdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmöffnung (40) in einer die Hohlkammer (38) in axialer Richtung begrenzenden, insbesondere dem Verdichterrad (14) zugewandten, Wandung des Hohlkörpers (36) ausgebildet ist.
Verdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (36) außenumfangsseitig zumindest in einem Teilbereich als Tragflächenprofil, insbesondere mit einer geraden oder gekrümmten Skelettlinie (60), ausgebildet ist.
Verdichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine die Hohlkammer (38) begrenzende Wandung (52) des Hohlkörpers (36) zumindest in einem Teilbereich porös ist.
Verdichter (10) Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (52) eine heterogene Porositätsverteilung aufweist.
Verdichter (10) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität der Wandung (52) in axialer Richtung variiert.
Verdichter (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität der Wandung (52) in radialer Richtung variiert.