EP3734081A1 - Strömungsmodifiziereinrichtung für verdichter - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a flow modifying device for a compressor of a supercharging device.
- the invention also relates to a compressor and a charging device with such a flow modifying device.
- Known charging devices usually have at least one compressor with a compressor wheel which is connected to a drive unit via a common shaft.
- the compressor compresses the fresh air drawn in for the internal combustion engine or for the fuel cell. This increases the amount of air or oxygen available to the engine for combustion and the fuel cell to react. This in turn leads to an increase in the performance of the internal combustion engine or the fuel cell.
- Charging devices can be equipped with different drive units.
- e-chargers in which the compressor is driven by an electric motor
- exhaust gas turbochargers in which the compressor is driven by an exhaust gas turbine, are known in particular. Combinations of both systems are also described in the prior art.
- Each compressor has a compressor-specific compressor map, the operation of the compressor being limited to the area of the compressor map between the surge limit and the stuffing limit.
- the compressor map the volume flow achieved on the abscissa axis is compared with the pressure ratio between the compressor inlet and outlet on the ordinate axis. Furthermore, curves are plotted for different speeds up to the maximum permissible speed between the surge limit and the stuffing limit.
- operation at low volume flows through the compressor can be inefficient or no longer reliable because the surge limit is reached. This means that the surge limit limits the compressor map to the left, the stuffing limit to the right
- the object of the present invention is to provide an improved flow modifying device for stabilizing the characteristic map or a compressor with an improved compressor characteristic map.
- the present invention relates to a flow modifying device for a compressor of a charging device according to claim 1. Furthermore, the invention relates to a compressor having a charging device with such a flow modifying device according to claim 10 or 15.
- the flow modifier for a compressor of a supercharger comprises a cylindrical housing portion and a plurality of pockets.
- the cylindrical housing section defines an inner jacket surface. Furthermore, the cylindrical housing section comprises an end region which is downstream in the axial direction and an end region which is upstream in the axial direction. The upstream end area is arranged opposite the downstream end area in the axial direction.
- the pockets are arranged spaced apart in the circumferential direction on the inner lateral surface. There each pocket is defined by a longitudinal projection line and a depth projection line. In an orientation plane which is formed by the longitudinal projection line and the depth projection line, a downstream opening area of the pocket is defined by a downstream entry angle ⁇ of the pocket relative to the inner surface of the jacket.
- an upstream opening area of the pocket is defined by an upstream entry angle ⁇ of the pocket relative to the inner surface of the jacket.
- the pockets are designed in such a way that: ⁇ ⁇ 90 ° ⁇ .
- This special configuration of the pocket allows fluids to flow more easily into the pocket via the downstream opening region to the upstream opening region, in which the fluids can be guided again through the upstream entry angle ⁇ in the direction of the downstream end region.
- Such a configuration of the flow modifying device can, if it is used in a compressor, achieve a significant improvement in the stability of the characteristic field. In particular, both the lower and the upper map range can be stabilized.
- the pocket can be designed in such a way that: ⁇ ⁇ 180 ° - ⁇ . This configuration makes it possible to provide a steeper return flow from the pocket in the direction of the downstream end region.
- the pocket can be designed such that 10 ° ⁇ ⁇ 30 °, preferably 15 ° ⁇ ⁇ 20 ° and particularly preferably 17 ° ⁇ 19 °.
- the pocket can be designed such that 120 ° ⁇ ⁇ 165 °, preferably 130 ° ⁇ ⁇ 150 ° and particularly preferably 135 ° ⁇ 145 °.
- the depth projection line can be inclined relative to the radial direction by an angle of incidence ⁇ .
- the pocket can be designed such that 0 ° ⁇ ⁇ 60 °, preferably 15 ° ⁇ ⁇ 50 ° and particularly preferably 35 ° ⁇ 45 °.
- the angle of incidence ⁇ can be inclined in a direction of rotation of a compressor wheel from the radial direction. This advantageous embodiment leads to an improved flow of fluid into the pocket. This in turn allows a larger volume flow to be recirculated through the pocket back in the direction of the downstream end region. When using the flow modifying device in a compressor, a larger volume flow can thus be directed back to the compressor wheel, whereby the efficiency can be increased again.
- a width of the pocket orthogonal to the orientation plane can be 1mm x F D to 6mm x F D , preferably 2mm x F D to 5mm x F D and particularly preferably 3mm x F D to 4mm x F D.
- F D D / D Ref , where D Ref is preferably 60 mm and D corresponds to an outlet diameter of a compressor wheel of the compressor for which the flow modifying device is designed.
- D Ref is preferably 60 mm and D corresponds to an outlet diameter of a compressor wheel of the compressor for which the flow modifying device is designed.
- the dimensions of the pocket, in particular the width of the pocket are configured as a function of the dimensions of the compressor wheel for the operation of which the flow modifying device is designed or with which it is used.
- a length of the pocket along the longitudinal projection line can be 5mm x F D to 30mm x F D , preferably 10mm x F D to 25mm x F D and particularly preferably 15mm x F D up to 20mm x F D.
- F D D / D Ref , where D Ref is preferably 60 mm and D corresponds to an outlet diameter of a compressor wheel of the compressor for which the flow modifying device is designed.
- D Ref is preferably 60 mm and D corresponds to an outlet diameter of a compressor wheel of the compressor for which the flow modifying device is designed.
- a depth of the pocket along the depth projection line can be 5mm x F D to 30mm x F D , preferably 10mm x F D to 25mm x F D and particularly preferably 15mm x F D to 20mm x F D.
- F D D / D Ref , where D Ref is preferably 60 mm and D corresponds to an outlet diameter of a compressor wheel of the compressor for which the flow modifying device is designed.
- D Ref is preferably 60 mm and D corresponds to an outlet diameter of a compressor wheel of the compressor for which the flow modifying device is designed.
- the longitudinal projection line can be inclined relative to the axial direction by a tilt angle ⁇ .
- the pocket can be designed such that 0 ° ⁇ ⁇ 60 °, preferably 5 ° ⁇ ⁇ 45 ° and particularly preferably 10 ° ⁇ 30 °.
- the pocket can comprise an opening with an opening area.
- the opening can comprise an opening length.
- the aperture length can extend along the longitudinal projection line and 2mm x 25mm x F D to F D, preferably 5mm x F D F D up to 20mm x 10mm, and more preferably x F D to 15mm x F D.
- the following applies to the factor F D D / D Ref , where D Ref is preferably 60 mm and D corresponds to an outlet diameter of a compressor wheel of the compressor for which the flow modifying device is designed.
- the dimensions of the pocket are configured as a function of the dimensions of the compressor wheel for whose operation the flow modifying device is designed or with which it is used together.
- the longitudinal projection line can lie in a plane that is defined by the opening area.
- the longitudinal projection line can run centrally through the pocket in the circumferential direction.
- the longitudinal projection line can run centrally through the pocket in the circumferential direction, between the downstream opening area and the upstream opening area.
- this means that the longitudinal projection line is a kind of center line in the longitudinal orientation of the pocket.
- the term "center” is to be understood here as a center seen in the circumferential direction.
- the course of the longitudinal projection line is along the longitudinal extent of the pocket. In other words, the longitudinal projection line runs from the downstream end area to the upstream end area.
- the longitudinal projection line also runs partly on the inner lateral surface.
- the depth projection line can run centrally through the pocket in the circumferential direction.
- the term "center” is to be understood here as a center seen in the circumferential direction.
- the pocket can comprise a length, an opening with an opening length and a depth.
- a contour of the pocket can be defined by an entry point at which the downstream entry angle ⁇ is present, by an exit point at which the upstream entry angle ⁇ is present and by a changeover point between the entry point and the exit point will.
- the contour can lie in the orientation plane. This means that the contour is a kind of contour line of the pocket in a section in the orientation plane.
- the entry point can be determined by a downstream intersection between the longitudinal projection line and an opening contour of the opening.
- the exit point can be determined by an upstream point of intersection between the longitudinal projection line and the opening contour.
- the change point can represent the lowest point of the contour relative to the longitudinal projection line. That means the change point can be seen as the lowest point of the contour. That is, a point in the depth of the pocket at the intersection with the depth projection line.
- a first contour section with a variable angle ⁇ ' can be formed between the entry point and the changeover point.
- the variable angles ⁇ 'and ⁇ ' can be seen relative to the inner surface of the jacket. This means that the variable angles ⁇ 'and ⁇ ' are to be seen analogously to the downstream entry angle ⁇ and to the upstream entry angle ⁇ .
- the variable angles ⁇ 'and ⁇ ' can also be seen relative to a parallel line of the longitudinal projection line in the depth of the pocket according to the Z-angle analogy.
- the course of the first contour section can be defined as differentiable, wherein alternatively or additionally, the variable angle ⁇ 'is at least not smaller in the course from the entry point to the change point.
- the course of the second contour section can be defined as differentiable, alternatively or additionally, the variable angle ⁇ 'in the course from the change point to the exit point at least not increasing.
- the contour between the change point and the exit point can have a reversal point.
- the second contour section can have a reversal point.
- the reversal point can be arranged between the change point and the exit point.
- the reversal point can define a maximum length of the pocket.
- the pockets can be arranged equidistantly in the circumferential direction.
- the pockets can also be arranged unevenly distributed in the circumferential direction.
- one or more of the pockets can also be designed differently from the other pockets.
- one or more of the dimensions of one or more pockets that is to say a width and / or a length and / or a depth and / or an opening with an opening length different from one or more of the dimensions of the other pockets.
- the flow modifying device can also have different numbers of pockets.
- the invention also relates to a compressor for a charging device.
- the compressor comprises a compressor housing, a compressor wheel and a flow modifying device according to any one of the preceding embodiments.
- the compressor housing defines a compressor inlet with an inlet cross-section and a compressor outlet.
- the compressor wheel is rotatably arranged in the compressor housing between the compressor inlet and the compressor outlet.
- the special design of the flow modifying device with the pockets enables a noticeable shift of the operating points near the surge limit towards lower throughputs (or higher pressure with the same throughput). As a result, an earlier and higher torque can be provided on the internal combustion engine.
- the flow modifying device can be incorporated into existing parts as a retrofit measure by means of machining. This means that different customer applications can be covered with identical raw parts. This results in manufacturing and financial advantages through a high degree of equality of parts.
- the compressor can furthermore comprise an adjustment mechanism with a plurality of diaphragm elements for changing the inlet cross-section.
- the adjustment mechanism can be actuated between a first, open position and a second, closed position. In the first position, the inlet cross-section is unchanged. In the second position, however, the inlet cross-section is reduced.
- the compressor characteristic map can be optimized by the adjustment mechanism by moving the adjustment mechanism into the second position.
- the cylindrical housing section can be arranged downstream of the screen elements.
- the cylindrical housing section can be configured as a bearing ring for the diaphragm elements. In this way, a separate prefabricated module can be provided for insertion into the compressor. Furthermore, the compressor or the combination of adjusting mechanism and flow modifying device can thereby be made more compact.
- the cylindrical housing section can be manufactured integrally with the compressor housing.
- the cylindrical housing section can be manufactured as a separate component. If the cylindrical housing section is manufactured as a separate component, the cylindrical housing section can be inserted into the compressor housing from the compressor inlet in the axial direction to the compressor outlet or from the compressor outlet in the axial direction to the compressor inlet, i.e. in the opposite direction.
- a compressor contour can be formed by the cylindrical housing section.
- this compressor contour is formed on the separate cylindrical housing section, the geometry / surface of the compressor contour is more flexible and more easily accessible for precise machining.
- the flow modifying device can be integrated into existing compressor geometries. Is the cylindrical housing section is designed as a separate component, compressor housings of the same type can optionally be used for different compressor applications, into which differently configured flow modifying devices can be inserted.
- the cylindrical housing section can be constructed in several parts.
- the cylindrical housing section can comprise several subdivision sections in the circumferential direction.
- the cylindrical housing section can comprise a plurality of subdivision sections in the axial direction.
- the cylindrical housing section can consist of a first subdivision section in the axial direction and a second subdivision section in the axial direction.
- the first and the second subdivision section are designed in particular ring-shaped.
- the first and second dividing sections can separate the pockets at their lowest point. In other words, this means that the first and the second dividing section divide the pockets at the change point.
- one of the first and second partition portions may be made integral with the compressor housing.
- the other of the first or the second subdivision section can be inserted into the compressor housing from the compressor inlet in the axial direction to the compressor outlet or from the compressor outlet in the axial direction to the compressor inlet.
- a compressor contour can be formed by the cylindrical housing section. Because this compressor contour is formed on the separate cylindrical housing section, the geometry / surface of the compressor contour is more flexible and more easily accessible for precise machining.
- the cylindrical housing section if it is designed as a separate part, can be connected to the compressor housing by a press fit, a snap-fit connection, a screw connection or another suitable coupling technology. This also applies analogously to configurations in which individual or all subdivision sections (if present) and not the entire housing section are manufactured separately.
- the cylindrical housing section in configurations of the compressor that can be combined with any of the preceding configurations, can be made of plastic.
- the cylindrical housing section can have an oversize in the direction of the compressor wheel, which can be reduced, in particular grinded, by the compressor wheel during operation of the compressor.
- a contour area of the compressor ie the already mentioned compressor contour when the housing section is inserted from the compressor outlet in the axial direction to the compressor inlet, can be oversized and can be ground in by the compressor wheel. This advantageously results in a reduced necessary manufacturing tolerance. This in turn can reduce manufacturing costs and simplify the entire manufacturing process.
- the compressor wheel can comprise a plurality of blades distributed in the circumferential direction.
- Each blade has a leading edge, a side edge, a trailing edge, a front side and a rear side.
- the pockets can be arranged in the axial direction in such a way that the opening of a respective pocket is located both upstream and downstream of a corner at which the leading edge and the side edge converge.
- the pockets can be arranged in the axial direction in such a way that a center of the opening, which lies at half the opening length, is located approximately at the corner. Other arrangements are also possible in alternative configurations.
- a ratio between a downstream opening length that is arranged downstream of the corner to an upstream opening length that is arranged upstream of the corner can also be greater or less than 1.
- the angle of incidence ⁇ can be angled in a direction of rotation ⁇ of the compressor wheel from the radial direction. This advantageous embodiment leads to an improved flow of fluid into the pocket. As a result, a larger volume flow can in turn be directed or recirculated through the pocket back in the direction of the downstream end area, that is to say back to the compressor wheel, which in turn can increase efficiency.
- the invention also relates to a charging device.
- the charging device comprises a compressor and a compressor according to any one of the preceding embodiments.
- the charging device furthermore comprises a shaft via which the compressor and the drive unit are coupled to one another in a rotationally fixed manner.
- the drive device can comprise a turbine and / or an electric motor.
- the invention further comprises a manufacturing method of a compressor according to any one of the preceding configurations.
- the pockets are produced in the housing section by a milling process, an erosion process, a casting process or a combination of several manufacturing processes. It is particularly preferred to provide a plurality of basic shapes for the respective pockets in the cylindrical housing section by a casting process and the subsequent milling out of the pockets.
- the terms axial and axial direction relate to an axis of the flow modifying device, that is to say to a cylinder axis of the cylindrical housing section or to an axis of rotation of the compressor or of the compressor wheel.
- the axial direction of the flow modifying device or compressor is shown with the reference number 22.
- a radial direction 24 relates to the axis 22 of the flow modifying device or of the compressor.
- a circumference or a circumferential direction 26 relates to the axis 22 of the flow modifying device or of the compressor.
- downstream refers to a substantially axial direction 22 from one end region of the flow modifying device (more precisely: upstream end region) to another end region of the flow modifying device (more precisely: downstream end region).
- upstream refers to a direction substantially opposite to the downstream direction.
- downstream and upstream are to be regarded analogously, that is to say as essentially axial directions (22) which, starting from the compressor inlet, are directed towards or away from a compressor wheel of the compressor.
- FIGS. 1A and 1B show the flow modifying device 10 according to the invention for a compressor 100 of a charging device 400.
- the flow modifying device 10 comprises a cylindrical housing section 150 and a plurality of pockets 200, which in the sectional view of FIG FIG. 1A is easy to see.
- the cylindrical housing section 150 defines an inner jacket surface 152 and an outer jacket surface 158.
- the cylindrical housing section 150 comprises an end region 154 downstream in the axial direction 22 and an end region 156 upstream in the axial direction 22.
- the upstream end region 156 is the downstream end region 154 in the axial direction 22 arranged opposite one another.
- the downstream end region 154 terminates in the axial direction 22 with a downstream end face 153.
- the upstream end region 156 terminates in the axial direction 22 with an upstream end face 155.
- the pockets 200 are arranged spaced apart in the circumferential direction 26 on the inner lateral surface 152.
- FIG. 1B shows how the pockets 200 along the section BB from FIG. 1A are arranged on the inner lateral surface 152.
- a respective opening 210 of a pocket 200 and the corresponding opening contour 210a can be seen. Shown in dashed lines and following the opening contour 210a of a respective pocket 200 is the course of the respective pocket 200, which is created because the respective pocket 200 has a special geometry and is oriented in a special orientation relative to the cylindrical housing section 150 or its inner lateral surface 152 is (see for example FIG. 1A ).
- a respective longitudinal projection line 202 and a respective depth projection line 204 can be introduced for a pocket 200 (see FIGS. 2A-2C ).
- the pocket geometry is explained below using a pocket 200 as an example. However, this should be understood analogously for all pockets 200.
- FIG. 2A a section through the pocket 200 in an orientation plane 203 which is formed by the longitudinal projection line 202 and the depth projection line 204.
- FIG. 2A while the section X from the FIG. 1A corresponds. That is, the section BB runs exactly along the orientation plane 203 of the pocket 200 from the section X.
- the pocket 200 has a downstream opening area 214 and an upstream opening area 216.
- the downstream opening area 214 is thereby through a downstream Entry angle ⁇ of pocket 200 is defined relative to inner surface 152.
- the upstream opening region 216 is defined by an upstream entry angle ⁇ of the pocket 200 relative to the lateral inner surface 152.
- "Relative to the inner jacket surface 152" is to be understood here relative to the solid material of the inner jacket surface 152.
- Both the downstream entry angle ⁇ and the upstream entry angle ⁇ lie in the orientation plane 203 (see FIG FIG. 2A ).
- the pocket 200 is designed in such a way that the following applies: ⁇ ⁇ 90 ° ⁇ .
- This special configuration of the pocket 200 allows fluids, in particular backflowing fluids, to flow in a simplified manner into the pocket 200 via the downstream opening area 214 to the upstream opening area 216, in which the fluids can be guided again through the upstream entry angle ⁇ in the direction of the downstream end area 154 .
- Such a configuration of the flow modifying device 10 can, if it is used in a compressor 300, achieve a significant improvement in the stability of the characteristics map. In particular, both the lower and the upper map range can be stabilized. Compared to a "ported shroud" known from the prior art, the effectiveness of even lower pressure ratios can be seen.
- the special design of the flow modifying device 10 with the pockets 200 enables a noticeable shift of the operating points near the surge limit towards smaller throughputs (or higher pressure with the same throughput). As a result, an earlier and higher torque can be provided on the internal combustion engine. Furthermore, there are manufacturing advantages, for example compared to a "ported shroud", in which additional parts, for example a core for the recirculation cavity, are necessary, which, however, can be saved in the present flow modifying device 10 through the special design with pockets 200.
- the longitudinal projection line 202 runs centrally through the pocket 200 in the circumferential direction 26.
- This means that the longitudinal projection line 202 is to be understood as a kind of center line in the longitudinal orientation of the pocket 200.
- the term “center” is to be understood here as a center seen in the circumferential direction 26.
- the FIGS. 1A, 1B , 2B and 2C a first side wall 232 and a second side wall 234 that each pocket 200 has.
- the side walls 232, 234 are attached to the pockets 200 from the outside, although they are formed from the inside of the pockets 200 towards the cylindrical housing section 150.
- the longitudinal projection line 202 extends centrally between the first side wall 232 and the second side wall 234.
- the course of the longitudinal projection line 202 is along the longitudinal extent of the pocket 200.
- the longitudinal projection line 202 is from the downstream one End region 154 oriented towards the upstream end region 156.
- ⁇ 0 °.
- the longitudinal projection line 202 runs in a plane of the inner lateral surface 152. This is shown in particular in FIGS FIGS.
- the opening 210 has an opening area 211.
- This opening area 211 is delimited by the opening contour 210a.
- the opening surface 211 lies in the same plane, in particular in a curved plane, as the inner lateral surface 152 (indicated in FIG FIG. 2 B ). This means that the opening area 211 lies on a lateral plane of the inner lateral surface. That is to say, the opening area 211 has a curvature or bulge.
- the longitudinal projection line 202 this means that it lies in the right part of the illustrated pocket 200 on the opening surface 211.
- the longitudinal projection line 202 lies in a plane which is defined by the opening area 211. In the left part of the illustrated pocket 200, the longitudinal projection line 202 also runs at least partially directly on the lateral inner surface 152.
- the depth projection line 204 which also runs centrally through the pocket 200 in the circumferential direction 26, can be seen analogously. This means that the depth projection line 204 is a kind of center line in the depth orientation of the pocket 200.
- a depth orientation can be understood here as an orientation of the pocket 200 which, starting from the opening 210, is centered between the side walls 232, 234, starting from the inner lateral surface 152, into the Material of the cylindrical housing section 150 extends to the lowest point of the pocket 200 (see FIGS. 2A and 2C ).
- center is to be understood here as a center seen in the circumferential direction 26.
- the longitudinal projection line 202 and the depth projection line 204 are to be understood as relative orientation lines of the pocket 200, which each run centrally between the side walls 232, 234 of the pocket 200.
- the longitudinal projection line 202 and the depth projection line 204 are shown as dash-dot-lined straight lines in the respective views of the figures.
- FIG. 1A and the FIG.1B referenced in which by way of example for a pocket 200, the depth projection line 204 or the longitudinal projection line 202 are shown (see pocket 200 on the far right in section BB).
- the pocket 200 is designed such that the following applies: ⁇ ⁇ 180 ° - ⁇ .
- This configuration makes it possible to provide a steeper return flow from the pocket 200 in the direction of the downstream end region 154.
- the latter configuration can lead to simplifications in terms of manufacturing technology, since the undercut at the upstream entry angle ⁇ , that is to say at the upstream opening region 216, may be easier to manufacture.
- the pocket 200 is formed with an upstream entry angle ⁇ of approximately 17 ° ⁇ 19 °, and with a downstream entry angle ⁇ of approximately 135 ° ⁇ 145 °. That is, the upstream entry angle ⁇ or the downstream entry angle ⁇ is an exact value from the respective interval. In principle, however, other values can also be selected for the entry angles ⁇ and ⁇ in alternative designs.
- the upstream entry angle ⁇ can also assume a value in the range of 10 ° ⁇ ⁇ 30 °, preferably in the range of 15 ° ⁇ ⁇ 20 °.
- the downstream entry angle ⁇ can also assume a value in the range of 120 ° ⁇ ⁇ 165 °, preferably in the range of 130 ° ⁇ ⁇ 150 °.
- depth projection line 204 is inclined relative to the radial direction 24 by an angle of incidence ⁇ .
- a value of 35 ° ⁇ ⁇ 45 ° particularly preferably applies to this angle of incidence ⁇ .
- the pocket can also be designed so that 0 ° ⁇ ⁇ 60 ° and preferably 15 ° ⁇ ⁇ 50 ° applies to the angle of incidence ⁇ .
- the angle of incidence ⁇ can be inclined in particular in a direction of rotation ⁇ of a compressor wheel 320 from the radial direction 24.
- a direction of rotation ⁇ in the is exemplary FIGS. 1A and 3A shown.
- This advantageous embodiment leads to an improved flow of fluid into the pocket 200. This in turn allows a larger volume flow to be recirculated through the pocket 200 back in the direction of the downstream end region 154.
- a larger volume flow can thus be directed back to the compressor wheel 320, whereby the efficiency can be increased again.
- FIG. 3B Only in the FIG. 3B a further design option of the flow modifying device 10 is indicated schematically, which can be implemented in addition or as an alternative to one, more or all of the design options.
- An exemplary pocket 200 is shown here relative to the axial direction 22. It can be seen here that the longitudinal projection line 202 can be inclined relative to the axial direction 22 by a tilt angle ⁇ .
- This tilt angle ⁇ can assume a value from 0 ° ⁇ ⁇ 60 °, preferably 5 ° ⁇ ⁇ 45 ° and particularly preferably 10 ° 30 °.
- the longitudinal projection line 202 is inclined from the axial direction 22 by the tilt angle ⁇ in such a way that the upstream opening area 216 is inclined from the axial direction 22 counter to a direction of rotation ⁇ of a compressor wheel 320.
- This has the particular advantage that the fluids flowing out of the pocket 200 experience a movement component in the circumferential direction 26. In this way, a flow onto a compressor wheel 320 can be improved.
- FIGS. 2A-2C further dimensions of the pocket 200 are explained. These include, for example, a width 207 of the pocket 200, a length 208 of the pocket 200, a depth 209 of the pocket 200 and an opening length 212 of the already mentioned opening 210 of the pocket 200. These dimensions are given in a factorized manner to allow for a corresponding variance for different compressor applications to cover different sizes.
- D Ref corresponds to a reference outlet diameter of a compressor wheel 320 and is preferably 60 mm.
- D corresponds to an outlet diameter of a compressor wheel 320 of the compressor 300 of the present application.
- D corresponds to an outlet diameter of a compressor wheel 320 of the compressor 300 for which the Flow modifying device 10 is designed.
- the width of the pocket 200 a value between 1 mm x F D and 6mm x F D, preferably a value between 2 mm x F D and 5mm x F D, and more preferably a value between 3mm x F D and 4mm x F D at.
- the width 207 can be seen orthogonally to the orientation plane 203.
- the width 207 is to be seen as the distance between the side walls 232, 234 (see FIG. 2B and 2C ).
- the length 208 of the pocket 200 takes a value between 5mm x F D and 30mm x F D , preferably a value between 10mm x F D and 25mm x F D and particularly preferably a value between 15mm x F D and 20mm x F D at.
- the length 208 runs along the longitudinal projection line 202. That is, the length 208 runs in the orientation plane 203. In other words, the length 208 corresponds to a maximum extent of the pocket 200 in the orientation plane 203 along the longitudinal projection line 202 (see FIG FIG. 2A and 2B ).
- the 209 concrete increases the depth of the pocket 200 a value between 5mm x F D and 30mm x F D, preferably a value between 10mm x F D and 25mm x F D, and more preferably a value between 15mm x F D and 20mm x F D at.
- the depth 209 runs along the depth projection line 204. That is, the depth 209 runs in the orientation plane 203. In other words, the depth 209 corresponds to a maximum extent of the pocket 200 starting from the inner lateral surface 152 or from the opening surface 211 along the Depth projection lines 204 in the material of the cylindrical housing section 150 down to the deepest point of the pocket 200 (see FIG. 2A and 2C ).
- the opening length 212 of the pocket 200 takes a value between 2mm x F D and 25mm x F D , preferably a value between 5mm x F D and 20mm x F D and particularly preferably a value between 10mm x F D and 15mm x F D at.
- the opening length 212 runs along the longitudinal projection line 202. That is, the opening length 212 runs in the orientation plane 203.
- the opening length 212 in the downstream opening area 214 and in the upstream opening area 216 are each limited by the opening contour 210a (see FIG. 2A and 2B ).
- the pocket 200 can be defined more precisely by a contour 220 which lies in the orientation plane 203. That is, the contour 220 is a type of contour line of the pocket 200 in a section in the orientation plane 203.
- the contour 220 has an entry point 222 at which the downstream entry angle ⁇ is present, an exit point 228 at which the upstream entry angle ⁇ is present and a change point 224, which lies between the entry point 222 and the exit point 228.
- the entry point 222 is determined by a downstream intersection between the longitudinal projection line 202 and the opening contour 210a (see FIG FIG. 2 B ).
- the exit point 228 is determined by an upstream point of intersection between the longitudinal projection line 202 and the opening contour 210a (see FIG FIG. 2 B ).
- the change point 224 represents the lowest point of the contour 220 relative to the longitudinal projection line 202. That is, the change point 224 can be viewed as the lowest point of the contour 220. In other words, the change point 224 can be an intersection of the depth projection line 204 with the pocket 200 at the depth 209.
- variable angles ⁇ 'and ⁇ ' can be seen relative to the inner surface 152. This means that the variable angles ⁇ 'and ⁇ ' are to be seen analogously to the downstream entry angle ⁇ and to the upstream entry angle ⁇ . More precisely, the variable angles ⁇ 'and ⁇ ' can also be seen according to the Z-angle analogy relative to a parallel P of the longitudinal projection line 202 in the depth 209 of the pocket 200 (see FIG FIG. 4th ).
- the first contour section 220a extends within a downstream longitudinal section 208a of the length 208 of the pocket 200.
- the second contour section 220b extends within an upstream longitudinal section 208b of the length 208 of the pocket 200.
- the course of the first contour section 220a can be defined as differentiable, the variable angle ⁇ 'at least not becoming smaller in the course from the entry point 222 to the changeover point 224.
- the course of the second contour section 220b can be defined as differentiable, alternatively or additionally, the variable angle ⁇ 'in the course from the change point 224 to the exit point 228 at least not increasing.
- the contour 220 has a reversal point 226 between the changeover point 224 and the exit point 228. More precisely, the reversal point 226 is arranged in the second contour section 220b. The reversal point 226 is arranged between the changeover point 224 and the exit point 228. The reversal point 226 limits the maximum length 208 of the pocket 200, in particular the maximum length 208 of the pocket 200 in the upstream direction.
- FIGS. 12A-12D show various flow modifying devices 10 with different configurations and arrangements of the pockets 200 in the cylindrical housing section 150.
- the flow modifying devices 10 of FIGS. 12A and 12B only 10 or 5 pockets 200 each.
- the flow modifying devices 10 in use in a compressor 300 and / or different configurations of the pockets 200 e.g.
- the flow modifying device 10 have different numbers of pockets 200, also more than 19, less than 5 or other numbers between 5 and 19.
- FIG. 12D an example of a flow modifying device 10 in which differently configured pockets 200 are present.
- FIG. 12D Only two different types of configurations of pockets 200 are shown, several of the pockets can also be configured differently from other pockets 200 (for example 3, 4, 5, etc. different types of configurations of pockets 200).
- one or more of the dimensions of one or more pockets 200 i.e.
- a width 207 and / or a length 208 and / or a depth 209 and / or an opening 210 with an opening length 212 and / or one or more of the angles ⁇ , ⁇ ', ⁇ , ⁇ ' can be designed differently from one or more of the dimensions of the other pockets 200.
- the pockets 200 are arranged equidistantly in the circumferential direction 26.
- the pockets 200 can also be arranged unevenly distributed in the circumferential direction 26 (see FIG FIG. 12C ). In particular, combinations of different arrangements with different designs of pockets 200 are also possible.
- the invention further relates to a compressor 300 for a charging device 400, which is shown schematically in a side sectional view in FIG FIG. 5 and the corresponding detail section Y is shown.
- the detail section Y is in area Y of the FIG. 5 to be located, but runs in the area of the pocket 200 through a section along the orientation plane 203 of the pocket 200. That is, the FIG. 5 and the corresponding detail section Y are basically in section CC of FIG. 1 shown, but the upper pocket 200, which is explained in detail in detail Y, is shown in a section along the orientation plane 203 of the pocket 200 in order to be able to describe the opening length 212 accordingly.
- the FIG. 6th and the associated detail section Z completely in section CC of FIG. 1 shown.
- the compressor 300 comprises a compressor housing 310, a compressor wheel 320 and the flow modifying device 10.
- the compressor housing 310 defines a compressor inlet 312 with an inlet cross section 312a and a compressor outlet 314.
- the compressor wheel 320 is rotatably arranged in the compressor housing 310 between the compressor inlet 312 and the compressor outlet 314 .
- the use of the flow modifying device 10 in a compressor 300 can result in a significant improvement the map stability can be achieved. In particular, both the lower and the upper map range can be stabilized. Compared to a "ported shroud" known from the prior art, the effectiveness can be seen even at lower pressure ratios.
- the special design of the flow modifying device 10 with the pockets 200 enables a noticeable shift of the operating points near the surge limit towards lower throughputs (or higher pressure with the same throughput). As a result, an earlier and higher torque can be provided on the internal combustion engine.
- the flow modifying device 10 can be incorporated as a retrofit measure into existing parts by means of machining. This means that different customer applications can be covered with identical raw parts. This results in manufacturing and financial advantages through a high degree of equality of parts.
- the cylindrical housing section 150 of the flow modifying device 10 is manufactured integrally with the compressor housing 310.
- the cylindrical housing section 150 can also be manufactured as a separate component.
- FIGS. 8A-8C Simplified compressor housing 310 with a flow modifying device 10 shown in a greatly simplified manner and without a turbine wheel 320.
- FIG. 8A a cylindrical housing section 150 manufactured integrally with the compressor housing 310, a cylindrical housing section 150, which is manufactured as a separate component from the FIGS. 8B and 8C juxtaposed.
- the flow modifying device 10 or the cylindrical housing section 150 can be configured from the compressor inlet 312 in the axial direction 22 to the compressor outlet 314 (see FIG FIG.
- a compressor contour 316 can be formed by the cylindrical housing section 150. Because this compressor contour 316 is formed on the separate cylindrical housing section 150, the geometry / surface of the compressor contour 316 is more flexible and more easily accessible for precise machining.
- compressor housings 310 of the same type can optionally be used for different compressor applications, into which differently configured flow modifying devices 10 can be inserted. Furthermore, there may be manufacturing and / or material advantages if the cylindrical housing section 150 is designed as a separate component. In sum, these configurations can result in manufacturing and financial advantages due to a high degree of equality of parts.
- FIG. 6th and the associated detail section Z show a further embodiment of the compressor 300, in which the compressor 300 comprises an adjusting mechanism 100 with a plurality of diaphragm elements 110 for changing the inlet cross section 312a. All of the previously explained possible variations of the compressor 300 and / or the flow modifying device 10 also apply to this embodiment of the compressor 300.
- the flow modifying device 10 is arranged downstream of the adjustment mechanism 100 or downstream of the screen elements 110. More precisely, the cylindrical housing section 150 is arranged downstream of the adjustment mechanism 100 or downstream of the screen elements 110. Regardless of whether the cylindrical housing section 150 is manufactured integrally with the bearing housing 310 or as a separate component, the cylindrical housing section 150 can be configured as a bearing ring 130 for the diaphragm elements 110 (see FIG FIG.
- the adjusting mechanism 100 comprises an adjusting ring 120 for adjusting the panel elements 110 (see detail section Z of FIG. 6th ).
- the adjustment mechanism 100 can be actuated between a first, open position and a second, closed position. In the first position, the inlet cross section 312a is unchanged. In the second position, however, the inlet cross section 312a is reduced (see FIG FIG. 6th ).
- the compressor map can be optimized by the adjustment mechanism 100 by moving the adjustment mechanism 100 into the second position.
- FIG. 7A shows a compressor map in which the pressure ratio p 1 / p 2 is plotted over the volume flow V ⁇ for a compressor which comprises only one adjusting mechanism 100 and no flow modifying device 10.
- the two map areas K 1 (closed) and K 2 (open) and the gap area L are plotted.
- the compressor map of a compressor 300 comprises both the adjusting mechanism 100 and the flow modifying device 10.
- the map area K 1 open position
- the map area K ⁇ shown in dashed lines
- This can be achieved by combining the adjustment mechanism 100 with the special design of the flow modifying device 10, whereby the gap area L is made FIG. 7A can be reduced significantly.
- a considerably improved compressor 300 can be provided with a compressor map or map areas improved in both positions of the adjusting mechanism 100.
- FIGS. 9A-9D and 11B show exemplary configurations in which the cylindrical housing section 150 is constructed in several parts.
- the cylindrical housing section 150 may comprise a plurality of subdivision sections 157 in the circumferential direction 26. These subdivision sections 157 in the circumferential direction 26 may also be referred to as circumferential partition sections 157.
- a separate, circumferential dividing section 157 can be provided for each pocket 200 (see FIG FIG. 11B ).
- a circumferential dividing section 157 can also accommodate a plurality of pockets 200.
- the cylindrical housing section 150 can also comprise more or less circumferential subdivision sections 157.
- a circumferential dividing section 157 can be designed to be essentially T-shaped in cross-section in order to be secured against slipping out in the radial direction 24 (see also FIG. 11B ).
- the cylindrical housing section 150 can also, as in FIG. 11A shown, consist of a single component in the circumferential direction 26.
- FIGS. 9A-9D , 11A and 11B show greatly simplified compressor housings 310 with likewise greatly simplified flow modifying devices 10.
- FIGS. 9A-9D show how the cylindrical housing section 150 can comprise a plurality of subdivision sections 159 in the axial direction 22.
- These dividing sections 159 in the axial direction 22 can also be referred to as axial dividing sections 159.
- the cylindrical housing section 150 can consist of a first dividing section 159a in the axial direction 22 and a second dividing section 159a in the axial direction 22 (see FIGS. 9C and 9D ).
- the first axial subdivision section 159a and the second axial subdivision section 159b are designed in particular in the form of a ring.
- the first axial dividing section 159a and the second axial dividing section 159b are designed in such a way that they separate the pockets 200 at their lowest point. In other words, this means that the first axial subdivision section 159a and the second axial subdivision section 159b subdivide the pockets 200 at the change point 224.
- This has advantages in terms of manufacturing technology in particular, such as simplified accessibility to the pocket 200.
- one of the first axial dividing portion 159 a and the second axial dividing portion 159 b can be manufactured integrally with the compressor housing 310.
- the other of the first axial dividing portion 159a and the second axial dividing portion 159b from the compressor inlet 312 in the axial direction 22 to the Compressor outlet 314 or from the compressor outlet 314 in the axial direction 22 to the compressor inlet 312 in the compressor housing 310.
- This also applies in an analogous manner to a cylindrical housing section 150 with a first axial subdivision section 159a and a second axial subdivision section 159b, none of which is manufactured integrally with the compressor housing 310.
- both the first axial dividing section 159a and the second axial dividing section 159b can be inserted into the compressor housing 310 from the compressor inlet 312 in the axial direction 22 to the compressor outlet 314 (see FIG FIG. 9C ).
- the first axial subdivision section 159a and also the second axial subdivision section 159b can be inserted into the compressor housing 310 from the compressor outlet 314 in the axial direction 22 to the compressor inlet 312.
- a corresponding adaptation of the compressor housing 310 according to the respective direction of insertion of the cylindrical housing section 150 is of course and, for example, from the FIGS. 9A-9D evident.
- the compressor contour 316 can be formed by the cylindrical housing section 150. Because this compressor contour 316 is formed on the separate cylindrical housing section 150, the geometry / surface of the compressor contour 316 is more flexible and more easily accessible for precise machining.
- circumferential subdivision sections 157 and axial subdivision sections 159 are also possible.
- first axial subdivision section 159a and / or the second axial subdivision section 159b also have two or more circumferential subdivision sections 157.
- FIGS. 10A-10D show, by way of example, various fastening devices 330 of the cylindrical housing section 150 of the flow modifying device 10 in a highly simplified form.
- the flow modifying device 10 can be fastened in the compressor housing 310 via its cylindrical housing section 150, if this is designed as a separate part.
- Various coupling technologies such as a press fit, a snap hook connection, a screw connection or other suitable ones, are used as the fastening device 330 Technologies in question. They show FIGS. 10A and 10B Two different configurations of fastening devices 330 in the form of snap-hook connections between the cylindrical housing section 150 and the compressor housing 310.
- the snap-hook connection is arranged on the outer jacket surface 158.
- the snap hook connection can be arranged at different positions of the cylindrical housing section 150.
- the snap hook connection in the upstream end region 156 (not shown), in the downstream end region 154 (see FIG FIG. 10B ) or axially between the upstream end region 156 and the downstream end region 154 (see FIG. 10A ).
- FIG. 10C shows an embodiment of the fastening devices 330 as a screw connection in which the cylindrical housing section 150 is screwed via a thread on its outer jacket surface 158 with a thread on an inner jacket surface of the compressor housing 310.
- FIG. 10D shows an embodiment of the fastening devices 330 as a press connection, in which the cylindrical housing section 150 is held in the compressor housing 310 with a friction fit between its outer jacket surface 158 and an inner jacket surface of the compressor housing 310.
- the configurations just explained also apply analogously to configurations of the flow modifying device 10 in which individual or all subdivision sections 157, 159 (if present) and not the entire cylindrical housing section 150 are manufactured separately.
- the cylindrical housing section 150 can have an oversize 160 in the direction of the compressor wheel 320 (see FIGS. 13D and 13E ).
- the FIGS. 13D and 13E only the outer contours of the compressor wheel 320 are shown in dashed lines.
- the cylindrical housing section 150 has an oversize 160.
- the flow modifying device 10 or the cylindrical housing section 150 is designed to be inserted into the compressor housing 310 from the compressor inlet 312 in the axial direction 22 to the compressor outlet 314.
- the oversize 160 is formed inward in the radial direction 24.
- the oversize 160 is only present in a partial area of the compressor contour 316.
- the flow modifier 10 or the cylindrical housing section 150 is designed to be inserted into the compressor housing 310 from the compressor outlet 314 in the axial direction 22 to the compressor inlet 312.
- the oversize 160 is formed in the area of the compressor contour 316. In other words, this means that the oversize 160 is formed downstream in the axial direction 22 and inward in the radial direction 24.
- the oversize 160 can be reduced, in particular grinded in or ground off, by the compressor wheel 320. This means that the compressor wheel 320, which is made of a metallic material, can remove or grind the softer and unnecessary plastic material of the cylindrical housing section 150 in the area of the oversize 160.
- the invention further comprises a manufacturing method of the compressor 300 or the flow modifying device 10.
- the cylindrical housing section 150 can be provided integrally with the compressor housing 310 or as a separate component. It is also possible for only individual, several or all of the subdivision sections 157, 159 (if present) to be provided integrally with the compressor housing 310 or as separate components. If the cylindrical housing section 150 or the subdivision sections 157, 159 are provided as separate components, the pockets 200 can be produced directly with the cylindrical housing section 150 or the subdivision sections 157, 159, for example in an injection molding process. Alternatively, the pockets 200 can subsequently be introduced into the cylindrical housing section 150 or into the subdivision sections 157, 159 by removing processes.
- the pockets 200 can be made into the cylindrical housing section 150 or the subdivision sections 157, 159 or into the Compressor housing 310 be introduced.
- FIG. 13A exemplary pockets 200 that are in an erosion process in the compressor housing 310 were introduced.
- FIGS. 13B and 13C show a combination of a casting process in which a basic shape of the pockets 200 is already provided in the compressor housing 310 (see FIG FIG. 13B ), followed by a removal process, in particular a milling process, by means of which the final geometry of the pocket 200 (as described above) is generated (see FIG FIG. 13C ). That is to say, the pockets 200 can be produced by an erosion process, a casting process, an abrasive process or any combination of two or more of the above-mentioned and / or other suitable processes.
- the relative position of the pockets 200 to the compressor wheel 320 is based on FIG. 5 and the detail section Y.
- the compressor wheel 320 comprises a plurality of blades 322 distributed in the circumferential direction 26, as is also known from the prior art. In the FIG. 5 two blades 322 are shown in this regard. Each blade 322 has a leading edge 324, a side edge 325, a trailing edge 326, a front side 327 and a rear side 328.
- This can be seen in detail Y, in which the compressor housing 310 or the pocket 200 is not shown along the section CC, but along a section through the orientation plane of the pocket 20. For perspective reasons, only the rear side is for one vane 322 328 and for the other blade only the front side 327 can be seen.
- the front side 327 and the rear side 328 can be seen relative to the direction of rotation ⁇ of the compressor wheel 320.
- the pockets 200 are arranged in the axial direction 22 or at an axial position in such a way that the opening 210 of a respective pocket 200 is located both upstream and downstream of a corner 329 at which the leading edge 324 and the side edge 325 converge.
- the pockets 200 are arranged in the axial direction 22 or at an axial position in such a way that a center of the opening 210, which lies at half the opening length 212, is located approximately at the corner 329.
- a ratio between a downstream opening length 212 a, which is arranged downstream of the corner 329, to an upstream opening length 212 b, which is arranged upstream of the corner 329 can also be greater or less than 1.
- the angle of incidence ⁇ is angled in a direction of rotation ⁇ of the compressor wheel 320 from the radial direction 24.
- This advantageous embodiment leads to an improved fluid flow into the pocket 200.
- a larger volume flow can in turn be directed or recirculated through the pocket 200 back in the direction of the downstream end region 154, i.e. back to the compressor wheel 320, which in turn can increase efficiency .
- the invention also relates to a charging device 400 (see FIG. 14th ).
- the charging device 400 includes and the compressor 300.
- the compressor 300 shown comprises a flow modifying device 10 and an adjusting mechanism 100.
- the cylindrical housing section 150 is formed integrally with the compressor housing 310.
- the cylindrical housing section 150 can also be designed as a separate component.
- all of the configuration variants mentioned above can be transferred to the charging device 400.
- the compressor 300 can also only comprise a flow modifying device 10 and no adjusting mechanism 100.
- the compressor 300 further comprises a compressor inlet connection 340 which is arranged in the axial direction 220 upstream of the compressor housing 310 and is fastened to the latter.
- the adjustment mechanism 100 is arranged axially between the compressor inlet connection 340 and the compressor housing 310.
- the charging device 400 further comprises a shaft 420 via which the compressor 300 and the drive unit 410 are coupled to one another in a rotationally fixed manner.
- the drive device 410 is a turbine.
- the drive unit 410 can also comprise an electric motor.
Landscapes
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsmodifiziereinrichtung für einen Verdichter einer Aufladevorrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Verdichter und eine Aufladevorrichtung mit einer derartigen Strömungsmodifiziereinrichtung.
- Immer mehr Fahrzeuge der neueren Generation werden mit Aufladevorrichtungen ausgestattet, um die Anforderungsziele und gesetzlichen Auflagen zu erreichen. Bei der Entwicklung von Aufladevorrichtung gilt es sowohl die einzelnen Komponenten als auch das System als Ganzes bezüglich ihrer Zuverlässigkeit und Effizienz zu optimieren.
- Bekannte Aufladevorrichtungen weisen meist zumindest einen Verdichter mit einem Verdichterrad auf, das mit einer Antriebseinheit über eine gemeinsame Welle verbunden ist. Der Verdichter verdichtet die für den Verbrennungsmotor oder für die Brennstoffzelle angesaugte Frischluft. Dadurch wird die Luft- bzw. Sauerstoffmenge, die der Motor zur Verbrennung bzw. die Brennstoffzelle zur Reaktion zur Verfügung hat, erhöht. Dies führt wiederum zu einer Leistungssteigerung des Verbrennungsmotors bzw. der Brennstoffzelle. Aufladevorrichtungen können mit unterschiedlichen Antriebseinheiten ausgestattet sein. Im Stand der der Technik sind insbesondere E-Lader, bei denen der Verdichter über einen Elektromotor angetrieben wird und Abgasturbolader, bei denen der Verdichter über eine Abgasturbine angetrieben wird, bekannt. Auch Kombinationen beider Systeme werden im Stand der Technik beschrieben.
- Jeder Verdichter weist ein verdichterspezifisches Verdichterkennfeld auf, wobei der Betrieb des Verdichters auf den Bereich des Verdichterkennfelds zwischen der Pumpgrenze und der Stopfgrenze beschränkt ist. Im Verdichterkennfeld wird der durchgesetzte Volumenstrom auf der Abszissenachse dem Druckverhältnis zwischen Verdichtereinlass und -auslass auf der Ordinatenachse gegenübergestellt. Weiterhin sind Kurvenzüge für verschiedene Drehzahlen bis zur maximal zulässigen Drehzahl zwischen der Pumpgrenze und der Stopfgrenze aufgetragen. Je nach Größe und Ausgestaltung des Verdichters kann der Betrieb bei geringen Volumenströmen durch den Verdichter ineffizient oder nicht mehr betriebssicher möglich sein, da die Pumpgrenze erreicht wird. Das heißt die Pumpgrenze begrenzt das Verdichterkennfeld nach links, die Stopfgrenze nach rechts
- Im Stand der Technik sind verschiedene Maßnahmen bekannt, um das Verdichterkennfeld zu optimieren. Insbesondere sind dies Verstellmechanismen, die im Einlassbereich des Verdichters in Strömungsrichtung vor dem Verdichterrad angeordnet sind und Gehäusebearbeitungen in der Verdichtereinlasswand zur Strömungsmodifizierung. Durch die Verstellmechanismen kann der Strömungsquerschnitt im Verdichtereinlass variiert werden, wodurch beispielsweise die Anströmungsgeschwindigkeit und der Volumenstrom auf das Verdichterrad eingestellt werden können. Zu den Bearbeitungen in der Verdichtereinlasswand zählen insbesondere sogenannte "ported shrouds" (z.B. Rezirkulationskanäle). Beide Arten von Strömungsmodifiziereinrichtungen wirken sich als kennfelderweiternde bzw. kennfeldstabilisierende Maßnahme aus, wodurch wiederum ein Pumpen des Verdichters in motorrelevanten Betriebspunkten reduziert bzw. vermieden werden kann.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Strömungsmodifiziereinrichtung zur Kennfeldstabilisierung bzw. einen Verdichter mit einem verbesserten Verdichterkennfeld bereitzustellen.
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsmodifiziereinrichtung für einen Verdichter einer Aufladevorrichtung nach Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Verdichter eine Aufladevorrichtung mit einer derartigen Strömungsmodifiziereinrichtung nach Anspruch 10 bzw. 15.
- Die Strömungsmodifiziereinrichtung für einen Verdichter einer Aufladevorrichtung umfasst einen zylindrischen Gehäuseabschnitt und eine Mehrzahl an Taschen. Der zylindrische Gehäuseabschnitt definiert eine Innenmantelfläche. Weiterhin umfasst der zylindrische Gehäuseabschnitt einen in axialer Richtung stromabwärtigen Endbereich sowie einen in axialer Richtung stromaufwärtigen Endbereich. Der stromaufwärtige Endbereich ist dem stromabwärtigen Endbereich dabei in axialer Richtung gegenüberliegend angeordnet. Die Taschen sind in Umfangsrichtung beabstandet an der Innenmantelfläche angeordnet. Dabei wird jede Tasche durch eine longitudinale Projektionslinie und eine Tiefenprojektionslinie definiert. In einer Orientierungsebene, die durch die longitudinale Projektionslinie und die Tiefenprojektionslinie gebildet wird, wird ein stromabwärtiger Öffnungsbereich der Tasche durch einen stromabwärtigen Eintrittswinkel α der Tasche relativ zur Mantelinnenfläche definiert. Ebenfalls in der Orientierungsebene, die durch die longitudinale Projektionslinie und die Tiefenprojektionslinie gebildet wird, wird ein stromaufwärtiger Öffnungsbereich der Tasche durch einen stromaufwärtigen Eintrittswinkel β der Tasche relativ zur Mantelinnenfläche definiert. Die Taschen sind dabei derart ausgebildet, dass gilt: β < 90°< α. Durch diese spezielle Ausgestaltung der Tasche können Fluide über den stromabwärtigen Öffnungsbereich vereinfacht in die Tasche hin zum stromaufwärtigen Öffnungsbereich strömen, in dem die Fluide durch den stromaufwärtigen Eintrittswinkel β wieder in Richtung des stromabwärtigen Endbereichs geleitet werden können. Eine derartige Ausgestaltung der Strömungsmodifiziereinrichtung kann, wenn sie in einem Verdichter eingesetzt wird, eine maßgebliche Verbesserung der Kennfeldstabilität erzielt werden. Insbesondere kann sowohl der untere als auch der obere Kennfeldbereich stabilisiert werden. Gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten "ported shroud" ist die Wirksamkeit schon niedrigeren Druckverhältnissen zu erkennen. Wenn die Strömungsmodifiziereinrichtung in einem Verdichter für einen Verbrennungsmotor eingesetzt wird, ermöglicht die spezielle Ausgestaltung der Strömungsmodifiziereinrichtung mit den Taschen eine merkliche Verschiebung der Betriebspunkte nahe der Pumpgrenze hin zu kleineren Durchsätzen (bzw. höherem Druck bei gleichem Durchsatz). Hierdurch kann am Verbrennungsmotor ein früheres und höheres Drehmoment bereitgestellt werden. Weiterhin ergeben sich fertigungstechnische Vorteile zum Beispiel im Vergleich zu einer "ported shroud", bei der zusätzliche Teile, beispielsweise ein Kern für die Rezirkulationskavität, notwendig sind, welche hingegen bei der vorliegenden Strömungsmodifiziereinrichtung eingespart werden können.
- In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung kann die Tasche derart ausgebildet sein, dass gilt: β < 180°- α. Durch diese Ausgestaltung kann eine steilere Rückströmung von der Tasche in Richtung des stromabwärtigen Endbereichs bereitgestellt werden. In alternativen Ausführungen kann die Tasche auch derart ausgebildet sein, dass β = 180°- α oder β > 180°- α gilt. Insbesondere die letztere Ausgestaltung kann zu fertigungstechnischen Vereinfachungen führen.
- In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann die Tasche ausgebildet sein, dass 10°< β < 30°, bevorzugt 15°< β < 20° und besonders bevorzugt 17°≤ β ≤ 19° gilt.
- In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Tasche ausgebildet sein, dass 120°< α < 165°, bevorzugt 130°< α < 150° und besonders bevorzugt 135°≤ α ≤ 145° gilt.
- In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die die Tiefenprojektionslinie relativ zur radialen Richtung um einen Anstellwinkel γ geneigt sein. Zusätzlich kann die Tasche ausgebildet sein, dass 0°< γ <60°, bevorzugt 15°< γ <50° und besonders bevorzugt 35°≤ γ ≤ 45° gilt. Insbesondere kann der Anstellwinkel γ dabei in einer Rotationsrichtung eines Verdichterrads von der radialen Richtung abgeneigt sein. Diese vorteilhafte Ausgestaltung führt zu einer verbesserten Fluideinströmung in die Tasche. Hierdurch kann wiederum ein größerer Volumenstrom durch die Tasche zurück in Richtung des stromabwärtigen Endbereichs rezirkuliert werden. Beim Einsatz der Strömungsmodifiziereinrichtung in einem Verdichter, kann somit ein größerer Volumenstrom zurück auf das Verdichterrad geleitet werden, wodurch wieder die Effizienz gesteigert werden kann.
- In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann eine Breite der Tasche orthogonal zur Orientierungsebene 1mm x FD bis 6mm x FD, bevorzugt 2mm x FD bis 5mm x FD und besonders bevorzugt 3mm x FD bis 4mm x FD betragen. Dabei gilt FD =D/DRef, wobei DRef bevorzugt 60mm beträgt und D einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads des Verdichters entspricht, für den die Strömungsmodifiziereinrichtung ausgelegt ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, bedeutet das, dass die Dimensionen der Tasche, insbesondere die Breite der Tasche abhängig von den Dimensionen des Verdichterrads für dessen Betrieb die Strömungsmodifiziereinrichtung ausgelegt ist bzw. mit dem sie zusammen eingesetzt wird, konfiguriert wird.
- In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann eine Länge der Tasche entlang der longitudinalen Projektionslinie 5mm x FD bis 30mm x FD, bevorzugt 10mm x FD bis 25mm x FD und besonders bevorzugt 15mm x FD bis 20mm x FD betragen. Dabei gilt FD=D/DRef, wobei DRef bevorzugt 60mm beträgt und D einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads des Verdichters entspricht, für den die Strömungsmodifiziereinrichtung ausgelegt ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, bedeutet das, dass die Dimensionen der Tasche, insbesondere die Länge der Tasche abhängig von den Dimensionen des Verdichterrads für dessen Betrieb die Strömungsmodifiziereinrichtung ausgelegt ist bzw. mit dem sie zusammen eingesetzt wird, konfiguriert wird.
- In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann eine Tiefe der Tasche entlang der Tiefenprojektionslinie 5mm x FD bis 30mm x FD, bevorzugt 10mm x FD bis 25mm x FD und besonders bevorzugt 15mm x FD bis 20mm x FD betragen. Dabei gilt FD =D/DRef, wobei DRef bevorzugt 60mm beträgt und D einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads des Verdichters entspricht, für den die Strömungsmodifiziereinrichtung ausgelegt ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, bedeutet das, dass die Dimensionen der Tasche, insbesondere die Tiefe der Tasche abhängig von den Dimensionen des Verdichterrads für dessen Betrieb die Strömungsmodifiziereinrichtung ausgelegt ist bzw. mit dem sie zusammen eingesetzt wird, konfiguriert wird.
- In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die longitudinale Projektionslinie relativ zur axialen Richtung um einen Kippwinkel δ geneigt sein. Zusätzlich kann die Tasche ausgebildet sein, dass 0°< δ < 60°, bevorzugt 5°< δ < 45° und besonders bevorzugt 10°≤ δ ≤ 30° gilt.
- In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Tasche eine Öffnung mit einer Öffnungsfläche umfassen. Zusätzlich kann die Öffnung eine Öffnungslänge umfassen. Die Öffnungslänge kann sich entlang der longitudinalen Projektionslinie erstrecken und 2mm x FD bis 25mm x FD, bevorzugt 5mm x FD bis 20mm x FD und besonders bevorzugt 10mm x FD bis 15mm x FD betragen. Dabei gilt für der Faktor FD=D/DRef, wobei DRef bevorzugt 60mm beträgt und D einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads des Verdichters entspricht, für den die Strömungsmodifiziereinrichtung ausgelegt ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, bedeutet das, dass die Dimensionen der Tasche, insbesondere die Öffnungslänge der Tasche abhängig von den Dimensionen des Verdichterrads für dessen Betrieb die Strömungsmodifiziereinrichtung ausgelegt ist bzw. mit dem sie zusammen eingesetzt wird, konfiguriert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die longitudinale Projektionslinie in einer Ebene liegen, die durch die Öffnungsfläche definiert wird.
- In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die longitudinale Projektionslinie mittig durch die Tasche in Umfangsrichtung gesehen, verlaufen. Optional kann die longitudinale Projektionslinie mittig durch die Tasche in Umfangsrichtung gesehen, zwischen dem stromabwärtigen Öffnungsbereich und dem stromaufwärtigen Öffnungsbereich verlaufen. Alternativ ausgedrückt bedeutet dies, dass die longitudinale Projektionslinie eine Art Mittellinie in longitudinaler Orientierung der Tasche ist. Mit dem Begriff "mittig" ist hier also eine Mitte in Umfangsrichtung gesehen zu verstehen. Der Verlauf der longitudinalen Projektionslinie ist dabei entlang der longitudinalen Ausdehnung der Tasche. Anders ausgedrückt verläuft die longitudinale Projektionslinie von dem stromabwärtigen Endbereich zu dem stromaufwärtigen Endbereich. Die longitudinale Projektionslinie verläuft auch zum Teil auf der Innenmantelfläche.
- In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Tiefenprojektionslinie mittig durch die Tasche in Umfangsrichtung gesehen, verlaufen. Alternativ ausgedrückt bedeutet dies, dass die Tiefenprojektionslinie eine Art Mittellinie in Tiefenorientierung der Tasche ist. Mit dem Begriff "mittig" ist hier also eine Mitte in Umfangsrichtung gesehen zu verstehen.
- In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Tasche eine Länge, eine Öffnung mit einer Öffnungslänge und eine Tiefe umfassen.
- In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann eine Kontur der Tasche durch einen Eintrittspunkt an dem der strömabwärtige Eintrittswinkel α vorliegt, durch einen Austrittspunkt an dem der stromaufwärtige Eintrittswinkel β vorliegt und durch einen Wechselpunkt zwischen dem Eintrittspunkt und dem Austrittspunkt definiert werden. Zusätzlich kann die Kontur dabei in der Orientierungsebene liegen. Das heißt die Kontur ist eine Art Konturlinie der Tasche in einem Schnitt in der Orientierungsebene.
- Alternativ oder zusätzlich zu der vorangehenden Ausgestaltung, kann der Eintrittspunkt durch einen stromabwärtigen Schnittpunkt zwischen der longitudinalen Projektionslinie und einer Öffnungskontur der Öffnung bestimmt sein. Der Austrittspunkt kann durch einen stromaufwärtigen Schnittpunkt zwischen der longitudinalen Projektionslinie und der Öffnungskontur bestimmt sein. Der Wechselpunkt kann den tiefsten Punkt der Kontur relativ zur longitudinalen Projektionslinie darstellen. Das heißt der Wechselpunkt kann als tiefster Punkt der Kontur angesehen werden. Das heißt ein Punkt in der Tiefe der Tasche am Schnittpunkt mit der Tiefenprojektionslinie.
- Alternativ oder zusätzlich zu der vorangehenden Ausgestaltung, kann zwischen dem Eintrittspunkt und dem Wechselpunkt ein erster Konturabschnitt mit einem variablen Winkel α' ausgebildet sein. Zwischen dem Wechselpunkt und dem Austrittspunkt kann ein zweiter Konturabschnitt mit einem variablen Winkel β' ausgebildet sein. Die variablen Winkel α' und β' sind relativ zur Mantelinnenfläche zu sehen. Das heißt die variablen Winkel α' und β' sind analog zum stromabwärtigen Eintrittswinkel α und zum stromaufwärtigen Eintrittswinkel β zu sehen. Alternativ können die variablen Winkel α' und β' auch relativ zu einer Parallelen der longitudinalen Projektionslinie in der Tiefe der Tasche gemäß der Z-Winkel Analogie gesehen werden.
- Zusätzlich zu der vorangehenden Ausgestaltung, kann sich der variable Winkel α' von α' = α am Eintrittspunkt zu α' = 180° am Wechselpunkt derart verändern, dass der Verlauf des ersten Konturabschnitts vom Eintrittspunkt zum Wechselpunkt keine Sprünge oder Knicke aufweist und der variable Winkel α' zumindest nicht kleiner wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann der Verlauf des ersten Konturabschnitts als differenzierbar definiert werden, wobei alternativ oder zusätzlich, der variable Winkel α' im Verlauf vom Eintrittspunkt zum Wechselpunkt zumindest nicht kleiner wird.
- Alternativ oder zusätzlich zu der vorangehenden Ausgestaltung, kann sich der variable Winkel β' von β' = 180° am Wechselpunkt zu β' = β am Austrittspunkt derart verändern, dass der Verlauf des zweiten Konturabschnitts vom Wechselpunkt zum Austrittspunkt keine Sprünge oder Knicke aufweist und der variable Winkel β' zumindest nicht größer wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann der Verlauf des zweiten Konturabschnitts als differenzierbar definiert werden, wobei alternativ oder zusätzlich, der variable Winkel β' im Verlauf vom Wechselpunkt zum Austrittspunkt zumindest nicht größer wird.
- Alternativ oder zusätzlich zu irgendeiner der beiden vorangehenden Ausgestaltungen, kann die Kontur zwischen dem Wechselpunkt und dem Austrittspunkt einen Umkehrpunkt aufweisen. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann der zweite Konturabschnitt einen Umkehrpunkt aufweisen. Der Umkehrpunkt kann zwischen dem Wechselpunkt und dem Austrittspunkt angeordnet sein. Der Umkehrpunkt kann eine maximale Länge der Tasche definieren. Der Umkehrpunkt kann dadurch definiert werden, dass für den variablen Winkel β' gilt: β' = 90°. Mit anderen Worten kann der Umkehrpunkt dadurch definiert werden, dass der variable Winkel β' im Verlauf von dem Wechselpunkt zu dem Austrittspunkt erstmalig einen Wert von β' = 90° erreicht.
- In Ausgestaltungen der Strömungsmodifiziereinrichtung, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, können die Taschen äquidistant in Umfangsrichtung angeordnet sein. In alternativen Ausgestaltungen können die Taschen auch ungleichmäßig verteilt in Umfangsrichtung angeordnet sein. Weiterhin können eine oder mehrere der Taschen auch unterschiedlich zu den anderen Taschen ausgebildet sein. Insbesondere kann eine oder mehrere der Dimensionen einer oder mehrerer Taschen, also eine Breite und/oder eine Länge und/oder eine Tiefe und/oder eine Öffnung mit einer Öffnungslänge unterschiedlich zu einer oder mehrerer der Dimensionen der anderen Taschen ausgebildet sein. Auch kann die Strömungsmodifiziereinrichtung unterschiedliche Anzahlen an Taschen aufweisen.
- Die Erfindung betrifft weiterhin einen Verdichter für eine Aufladevorrichtung. Der Verdichter umfasst ein Verdichtergehäuse, ein Verdichterrad und eine Strömungsmodifiziereinrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ausgestaltungen. Das Verdichtergehäuse definiert einen Verdichtereinlass mit einem Einlassquerschnitt und einen Verdichterauslass. Das Verdichterrad ist zwischen dem Verdichtereinlass und dem Verdichterauslass drehbar in dem Verdichtergehäuse angeordnet. Wie bereits weiter oben erwähnt, kann durch den Einsatz der Strömungsmodifiziereinrichtung in einem Verdichter eine maßgebliche Verbesserung der Kennfeldstabilität erzielt werden. Insbesondere kann sowohl der untere als auch der obere Kennfeldbereich stabilisiert werden. Gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten "ported shroud" ist die Wirksamkeit schon bei niedrigeren Druckverhältnissen zu erkennen. Wenn der Verdichter für einen Verbrennungsmotor eingesetzt wird, ermöglicht die spezielle Ausgestaltung der Strömungsmodifiziereinrichtung mit den Taschen eine merkliche Verschiebung der Betriebspunkte nahe der Pumpgrenze hin zu kleineren Durchsätzen (bzw. höherem Druck bei gleichem Durchsatz). Hierdurch kann am Verbrennungsmotor ein früheres und höheres Drehmoment bereitgestellt werden. Die Strömungsmodifiziereinrichtung kann dabei als Nachrüstmaßnahme in bestehende Teile mittels Bearbeitung eingebracht werden. Hierdurch können unterschiedliche Kundenanwendungen mit identischen Rohteilen abgedeckt werden. Dadurch ergeben sich fertigungstechnische und finanzielle Vorteile durch eine hohe Teilegleichheit.
- In Ausgestaltungen des Verdichters, kann der Verdichter weiterhin einen Verstellmechanismus mit mehreren Blendenelementen zum Verändern des Einlassquerschnitts umfassen. Durch den kombinierten Einsatz der Strömungsmodifiziereinrichtung mit dem Verstellmechanismus kann eine weitere Verbesserung der Kennfeldstabilität, sowohl im unteren, als auch im oberen Kennfeldbereich erzielt werden. Insbesondere kann der Verstellmechanismus dabei zwischen einer ersten, geöffneten Stellung und einer zweiten, geschlossenen Stellung betätigt werden. In der ersten Stellung ist der Einlassquerschnitt unverändert. In der zweiten Stellung ist der Einlassquerschnitt hingegen reduziert. Insbesondere bei niedrigen Volumenströmung und/oder niedrigen Druckverhältnissen kann das Verdichterkennfeld durch den Verstellmechanismus optimiert werden, indem der Verstellmechanismus in die zweite Stellung bewegt wird. Somit liegen bei den zwei verschiedenen Stellungen des Verstellmechanismus zwei verschiedene Kennfeldbereiche vor, die in einem Grenzbereich voneinander durch eine Lücke getrennt sind. Durch die Kombination mit der speziellen Ausgestaltung der Strömungsmodifiziereinrichtung kann diese Lücke zwischen den Kennfeldbereichen reduziert werden. Durch diesen überraschenden Effekt bei einer kombinierten Verwendung des Verstellmechanismus mit der Strömungsmodifiziereinrichtung kann ein erheblich verbesserter Verdichter mit einem in beiden Stellungen des Verstellmechanismus verbesserten Verdichterkennfeld bereitgestellt werden.
- In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt stromabwärts der Blendenelemente angeordnet sein.
- In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der beiden vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt als Lagerring für die Blendenelemente konfiguriert sein. Hierdurch kann ein separates vorfertigbares Modul zum Einsetzen in den Verdichter bereitgestellt werden. Weiterhin kann der Verdichter bzw. die Kombination aus Verstellmechanismus und Strömungsmodifiziereinrichtung dadurch kompakter ausgebildet werden.
- In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt integral mit dem Verdichtergehäuse gefertigt sein. Alternativ kann der zylindrische Gehäuseabschnitt als separates Bauteil gefertigt sein. Ist der zylindrische Gehäuseabschnitt als separates Bauteil gefertigt, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt von dem Verdichtereinlass in axialer Richtung zu dem Verdichterauslass oder von dem Verdichterauslass in axialer Richtung zu dem Verdichtereinlass, also in entgegengesetzter Richtung, in das Verdichtergehäuse einsetzbar sein. Insbesondere, wenn der zylindrische Gehäuseabschnitt von dem Verdichterauslass in axialer Richtung zu dem Verdichtereinlass in das Verdichtergehäuse einsetzbar ist, kann eine Verdichterkontur durch den zylindrischen Gehäuseabschnitt gebildet werden. Dadurch, dass diese Verdichterkontur an dem separaten zylindrischen Gehäuseabschnitt ausgebildet ist, ist die Geometrie/Oberfläche der Verdichterkontur flexibler und einfacher zugänglich für eine exakte Bearbeitung. Durch eine integrale Fertigung des zylindrischen Gehäuseabschnitts mit dem Verdichtergehäuse, kann die Strömungsmodifiziereinrichtung in bestehende Verdichtergeometrien integriert werden. Ist der zylindrische Gehäuseabschnitt als separates Bauteil ausgebildet, können für verschiedene Verdichteranwendungen gegebenenfalls gleichartige Verdichtergehäuse verwendet werden, in die unterschiedlich ausgestaltete Strömungsmodifiziereinrichtungen einsetzbar sind. Weiterhin ergeben sich unter Umständen fertigungstechnische und/oder materialtechnische Vorteile, wenn der zylindrische Gehäuseabschnitt als separates Bauteil ausgebildet ist. In Summe können sich aus diesen Ausgestaltungen fertigungstechnische und finanzielle Vorteile durch eine hohe Teilegleichheit ergeben.
- In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt mehrteilig aufgebaut sein. Insbesondere kann der zylindrische Gehäuseabschnitt mehrere Unterteilungsabschnitte in Umfangsrichtung umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann der zylindrische Gehäuseabschnitt mehrere Unterteilungsabschnitte in axialer Richtung umfassen.
- In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt aus einem ersten Unterteilungsabschnitt in axialer Richtung und einem zweiten Unterteilungsabschnitte in axialer Richtung bestehen. Der erste und der zweite Unterteilungsabschnitt sind dabei insbesondere ringförmig ausgebildet. Dabei können der erste und der zweite Unterteilungsabschnitt die Taschen an ihrem tiefsten Punkt trennen. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass der erste und der zweite Unterteilungsabschnitt die Taschen am Wechselpunkt unterteilen. Dies hat insbesondere fertigungstechnische Vorteile. Zusätzlich kann einer von dem ersten oder dem zweiten Unterteilungsabschnitt integral mit dem Verdichtergehäuse gefertigt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der andere von dem ersten oder dem zweiten Unterteilungsabschnitt von dem Verdichtereinlass in axialer Richtung zu dem Verdichterauslass oder von dem Verdichterauslass in axialer Richtung zu dem Verdichtereinlass in das Verdichtergehäuse einsetzbar sein. Insbesondere, wenn der zylindrische Gehäuseabschnitt von dem Verdichterauslass in axialer Richtung zu dem Verdichtereinlass in das Verdichtergehäuse einsetzbar ist, kann eine Verdichterkontur durch den zylindrischen Gehäuseabschnitt gebildet werden. Dadurch, dass diese Verdichterkontur an dem separaten zylindrischen Gehäuseabschnitt ausgebildet ist, ist die Geometrie/Oberfläche der Verdichterkontur flexibler und einfacher zugänglich für eine exakte Bearbeitung.
- In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt, wenn dieser als separates Teil ausgebildet ist, durch eine Presspassung, eine Schnapphakenverbindung, eine Verschraubung oder eine andere geeignete Kopplungstechnologie mit dem Verdichtergehäuse verbunden sein. Dies gilt analog auch für Ausgestaltungen, in denen einzelne oder alle Unterteilungsabschnitte (falls vorhanden) und nicht der gesamte Gehäuseabschnitt separat gefertigt sind.
- In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt, wenn dieser als separates Teil ausgebildet ist, aus Kunststoff hergestellt sein. Optional kann der zylindrische Gehäuseabschnitt ein Übermaß in Richtung des Verdichterrads aufweisen, das im Betrieb des Verdichters durch das Verdichterrad reduzierbar, insbesondere einschleifbar ist. Insbesondere kann dabei ein Konturbereich des Verdichters, also die bereits erwähnte Verdichterkontur bei Einführen des Gehäuseabschnitts von dem Verdichterauslass in axialer Richtung zu dem Verdichtereinlass ein Übermaß aufweisen und durch das Verdichterrad einschleifbar sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verringerte notwendige Fertigungstoleranz. Dadurch wiederum können Fertigungskosten reduziert und der gesamte Fertigungsprozess vereinfacht werden.
- In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann das Verdichterrad mehrere in Umfangsrichtung verteilte Schaufeln umfassen. Jede Schaufel weist dabei eine Anströmkante, eine Seitenkante, eine Abströmkante, eine Vorderseite und eine Rückseite auf. Zusätzlich können die Taschen derart in axialer Richtung angeordnet sein, dass sich die Öffnung einer jeweiligen Tasche sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts einer Ecke, an der die Anströmkante und die Seitenkante zusammenlaufen, befindet. Zusätzlich können die Taschen derart in axialer Richtung angeordnet sein, dass sich eine Mitte der Öffnung, die an der halben Öffnungslänge liegt, ungefähr an der Ecke befindet. In alternativen Ausgestaltungen sind auch andere Anordnungen möglich. Beispielsweise kann ein Verhältnis zwischen einer stromabwärtigen Öffnungslänge, die stromabwärts der Ecke angeordnet ist, zu einer stromaufwärtigen Öffnungslänge, die stromaufwärts der Ecke angeordnet ist auch größer oder kleiner als 1 sein. In Ausgestaltungen des Verdichters, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der Anstellwinkel γ in eine Rotationsrichtung ω des Verdichterrads von der radialen Richtung abgewinkelt sein. Diese vorteilhafte Ausgestaltung führt zu einer verbesserten Fluideinströmung in die Tasche. Hierdurch kann wiederum ein größerer Volumenstrom durch die Tasche zurück in Richtung des stromabwärtigen Endbereichs, also zurück auf das Verdichterrad geleitet bzw. rezirkuliert werden, wodurch wiederum die Effizienz gesteigert werden kann.
- Die Erfindung betrifft weiterhin eine Aufladevorrichtung. Die Aufladevorrichtung umfasst eine und einen Verdichter nach irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen. Die Aufladevorrichtung umfasst weiterhin eine Welle, über die der Verdichter und die Antriebseinheit drehfest miteinander gekoppelt sind. Die Antriebseinrichtung kann eine Turbine und/oder ein Elektromotor umfassen.
- Weiterhin umfasst die Erfindung ein Herstellungsverfahren eines Verdichters nach irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen. Die Taschen werden dabei durch einen Fräsvorgang, einen Erodiervorgang, einen Gießvorgang oder eine Kombination mehrerer Herstellungsvorgänge in dem Gehäuseabschnitt erzeugt. Besonders bevorzugt ist das Bereitstellen mehrerer Grundformen für die jeweiligen Taschen in dem zylindrischen Gehäuseabschnitt durch einen Gießvorgang und das darauffolgende Ausfräsen der Taschen.
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- FIG. 1A
- zeigt eine Schnittansicht der Strömungsmodifiziereinrichtung entlang des Schnitts A-A aus
FIG. 1B ; - FIG. 1B
- zeigt eine Schnittansicht der Strömungsmodifiziereinrichtung entlang des Schnitts B-B aus
FIG. 1A ; - FIGS. 2A-2C
- zeigen drei verschiedene Seitenansichten einer Dreitafelprojektion von der Geometrie der Tasche;
- FIG. 3A
- zeigt einen Teilausschnitt der
FIG. 1A , dem der Anstellwinkel γ zu entnehmen ist; - FIG. 3B
- zeigt die Anordnung des Kippwinkels δ einer Tasche relativ zur axialen Richtung;
- FIG. 4
- zeigt eine detaillierte Ansicht der Tasche aus
FIG. 2A zur Verdeutlichung der Kontur der Tasche; - FIG. 5
- zeigt den Verdichter mit Verdichterrad und der Strömungsmodifiziereinrichtung in einer Seitenschnittansicht entlang des Schnitts C-C aus
FIG. 1A sowie einen Detailausschnitt Y der Tasche durch einen Schnitt entlang der Orientierungsebene der Tasche; - FIG. 6
- zeigt den Verdichter mit Verdichterrad, der Strömungsmodifiziereinrichtung in einer zur
FIG. 5 analogen Ansicht und zusätzlich umfassend einen Verstellmechanismus sowie einen Detailausschnitt Z der Tasche; - FIGS. 7A-7B
- zeigen eine Gegenüberstellung von Verdichterkennfeldern eines Verdichters nur mit Verstellmechanismus und eines Verdichters mit Verstellmechanismus und der Strömungsmodifiziereinrichtung für jeweils die geöffnete und die geschlossene Stellung des Verstellmechanismus;
- FIG. 8A
- zeigen den zylindrischen Gehäuseabschnitt der Strömungsmodifiziereinrichtung in stark vereinfachter Form in integraler Bauweise mit dem Verdichtergehäuse;
- FIGS. 8B-8C
- zeigen den zylindrischen Gehäuseabschnitt der Strömungsmodifiziereinrichtung in stark vereinfachter Form als separates Bauteil in axialer Richtung stromabwärts eingesetzt und in axialer Richtung stromaufwärts eingesetzt;
- FIGS. 9A-9D
- zeigen verschiedene Ausgestaltungen eines in axialer Richtung mehrteilig aufgebauten zylindrischen Gehäuseabschnitt der Strömungsmodifiziereinrichtung in stark vereinfachter Form in einem Verdichter;
- FIGS. 10A-10D
- zeigen schematische Ansichten verschiedener Befestigungsvarianten des zylindrischen Gehäuseabschnitts der Strömungsmodifiziereinrichtung in stark vereinfachter Form als separates Bauteil;
- FIGS. 11A-11B
- zeigen einen in Umfangsrichtung einteilig und einen in Umfangsrichtung mehrteilig aufgebauten zylindrischen Gehäuseabschnitt der Strömungsmodifiziereinrichtung in stark vereinfachter Form in einem Verdichtergehäuse;
- FIGS. 12A-12D
- zeigen unterschiedliche Ausgestaltungen und Anordnungen der Taschen in dem zylindrischen Gehäuseabschnitt;
- FIGS. 13A-13E
- zeigen schematische Darstellungen zu unterschiedlichen Herstellungsverfahren der Taschen in dem zylindrischen Gehäuseabschnitt;
- FIG. 14
- zeigt eine schematische Darstellung einer Aufladevorrichtung mit vereinfacht dargestellter Strömungsmodifiziereinrichtung sowie vereinfacht dargestelltem Verstellmechanismus.
- Im Kontext dieser Anmeldung beziehen sich die Ausdrücke axial und axiale Richtung auf eine Achse der Strömungsmodifiziereinrichtung, also auf eine Zylinderachse des zylindrischen Gehäuseabschnitts bzw. auf eine Rotationsachse des Verdichters bzw. des Verdichterrads. Mit Bezug zu den Figuren (siehe bspw.
FIGS. 1A - 1B oderFIG. 5 ) wird die axiale Richtung der Strömungsmodifiziereinrichtung bzw. Verdichters mit dem Bezugszeichen 22 dargestellt. Eine radiale Richtung 24 bezieht sich dabei auf die Achse 22 der Strömungsmodifiziereinrichtung bzw. des Verdichters. Ebenso bezieht sich ein Umfang bzw. eine Umfangsrichtung 26 dabei auf die Achse 22 der Strömungsmodifiziereinrichtung bzw. des Verdichters. Weiterhin bezieht sich der Begriff stromabwärts auf eine im Wesentlichen axiale Richtung 22 von einem Endbereich der Strömungsmodifiziereinrichtung (genauer: stromaufwärtiger Endbereich) zu einem anderen Endbereich der Strömungsmodifiziereinrichtung (genauer: stromabwärtiger Endbereich). Der Begriff stromaufwärts bezieht sich auf eine der stromabwärtigen Richtung im Wesentlichen entgegengesetzte Richtung. In Bezug auf den Verdichter sind die Begriffe stromabwärts und stromaufwärts analog anzusehen, also als im Wesentlichen axiale Richtungen (22), die vom Verdichtereinlass ausgehend auf ein Verdichterrad des Verdichters hin bzw. von ihm weg gerichtet sind. -
FIGS. 1A und 1B zeigen die erfindungsgemäßen Strömungsmodifiziereinrichtung 10 für einen Verdichter 100 einer Aufladevorrichtung 400. Die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 umfasst einen zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 und eine Mehrzahl an Taschen 200, die in der Schnittansicht derFIG. 1A gut zu erkennen ist. Der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 definiert eine Innenmantelfläche 152 und eine Außenmantelfläche 158. Weiterhin umfasst der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 einen in axialer Richtung 22 stromabwärtigen Endbereich 154 sowie einen in axialer Richtung 22 stromaufwärtigen Endbereich 156. Der stromaufwärtige Endbereich 156 ist dem stromabwärtigen Endbereich 154 dabei in axialer Richtung 22 gegenüberliegend angeordnet. Der stromabwärtige Endbereich 154 schließt in axialer Richtung 22 mit einer stromabwärtigen Endfläche 153 ab. Der stromaufwärtige Endbereich 156 schließt in axialer Richtung 22 mit einer stromaufwärtigen Endfläche 155 ab. Die Taschen 200 sind in Umfangsrichtung 26 beabstandet an der Innenmantelfläche 152 angeordnet.FIG. 1B zeigt dabei wie die Taschen 200 entlang des Schnitts B-B ausFIG. 1A an der Innenmantelfläche 152 angeordnet sind. Dabei ist eine jeweilige Öffnung 210 einer Tasche 200 und die entsprechende Öffnungskontur 210a zu erkennen. Strichliert dargestellt und an die Öffnungskontur 210a einer jeweiligen Tasche 200 anschließend ist der Verlauf der jeweiligen Tasche 200, der dadurch entsteht, dass die jeweilige Tasche 200 eine spezielle Geometrie aufweist und in einer speziellen Orientierung relativ zu dem zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 bzw. dessen Innenmantelfläche 152 ausgerichtet ist (siehe beispielsweiseFIG. 1A ). - Um die Geometrie einer Tasche 200 genauer zu definieren, kann eine jeweilige longitudinale Projektionslinie 202 und eine jeweilige Tiefenprojektionslinie 204 für eine Tasche 200 eingeführt werden (siehe
FIGS. 2A-2C ). Beispielhaft wird die Taschengeometrie im Folgenden anhand einer Tasche 200 erläutert. Dies sollte jedoch analog für alle Taschen 200 verstanden werden. Diesbezüglich ist inFIG. 2A ein Schnitt durch die Tasche 200 in einer Orientierungsebene 203 dargestellt, die durch die longitudinale Projektionslinie 202 und die Tiefenprojektionslinie 204 gebildet wird. Zur Vereinfachung des Verständnisses sei angemerkt, dass dieFIG. 2A dabei dem Ausschnitt X aus derFIG. 1A entspricht. Das heißt der Schnitt B-B verläuft genau entlang der Orientierungsebene 203 der Tasche 200 aus dem Ausschnitt X. Mit Bezug zuFig. 2A ist zu erkennen, dass die Tasche 200 einen stromabwärtigen Öffnungsbereich 214 und einen stromaufwärtigen Öffnungsbereich 216 aufweist. Der stromabwärtige Öffnungsbereich 214 wird dabei durch einen stromabwärtigen Eintrittswinkel α der Tasche 200 relativ zur Mantelinnenfläche 152 definiert. Der stromaufwärtige Öffnungsbereich 216 wird dabei durch einen stromaufwärtigen Eintrittswinkel β der Tasche 200 relativ zur Mantelinnenfläche 152 definiert. Mit "relativ zur Mantelinnenfläche 152" ist dabei relativ zum Vollmaterial der Mantelinnenfläche 152 zu verstehen. Sowohl der stromabwärtige Eintrittswinkel α als auch der stromaufwärtige Eintrittswinkel β liegen dabei in der Orientierungsebene 203 (sieheFIG. 2A ). Die Tasche 200 ist dabei derart ausgebildet, dass gilt: β < 90°< α. - Durch diese spezielle Ausgestaltung der Tasche 200 können Fluide, insbesondere rückströmende Fluide, über den stromabwärtigen Öffnungsbereich 214 vereinfacht in die Tasche 200 hin zum stromaufwärtigen Öffnungsbereich 216 strömen, in dem die Fluide durch den stromaufwärtigen Eintrittswinkel β wieder in Richtung des stromabwärtigen Endbereichs 154 geleitet werden können. Das heißt rückströmende Fluide können effektiv wird in Richtung stromabwärts umgelenkt werden. Eine derartige Ausgestaltung der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 kann, wenn sie in einem Verdichter 300 eingesetzt wird, eine maßgebliche Verbesserung der Kennfeldstabilität erzielt werden. Insbesondere kann sowohl der untere als auch der obere Kennfeldbereich stabilisiert werden. Gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten "ported shroud" ist die Wirksamkeit schon niedrigeren Druckverhältnissen zu erkennen. Wenn die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 in einem Verdichter 300 für einen Verbrennungsmotor eingesetzt wird, ermöglicht die spezielle Ausgestaltung der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 mit den Taschen 200 eine merkliche Verschiebung der Betriebspunkte nahe der Pumpgrenze hin zu kleineren Durchsätzen (bzw. höherem Druck bei gleichem Durchsatz). Hierdurch kann am Verbrennungsmotor ein früheres und höheres Drehmoment bereitgestellt werden. Weiterhin ergeben sich fertigungstechnische Vorteile zum Beispiel im Vergleich zu einer "ported shroud", bei der zusätzliche Teile, beispielsweise ein Kern für die Rezirkulationskavität notwendig sind, welche hingegen bei der vorliegenden Strömungsmodifiziereinrichtung 10 durch die spezielle Ausgestaltung mit Taschen 200 eingespart werden können.
- Wie in
FIG. 2B zu erkennen ist, verläuft die longitudinale Projektionslinie 202 mittig durch die Tasche 200 in Umfangsrichtung 26 gesehen. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass die longitudinale Projektionslinie 202 mittig durch die Tasche 200 in Umfangsrichtung 26 gesehen, zwischen dem stromabwärtigen Öffnungsbereich 214 und dem stromaufwärtigen Öffnungsbereich 216 verläuft bzw. orientiert ist. Das bedeutet, dass die longitudinale Projektionslinie 202 als eine Art Mittellinie in longitudinaler Orientierung der Tasche 200 zu verstehen ist. Mit dem Begriff "mittig" ist hier also eine Mitte in Umfangsrichtung 26 gesehen zu verstehen. Diesbezüglich sind in denFIGS. 1A, 1B ,2B und 2C weiterhin eine erste Seitenwand 232 und eine zweite Seitenwand 234 zu erkennen, die jede Tasche 200 aufweist. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind die Seitenwände 232, 234 von außen an die Taschen 200 angetragen, obwohl sie vom Inneren der Taschen 200 zum zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 hin ausgebildet sind. Insbesondere derFIG. 2B ist gut zu entnehmen, dass sich die longitudinale Projektionslinie 202 mittig zwischen der ersten Seitenwand 232 und der zweiten Seitenwand 234 erstreckt Der Verlauf der longitudinalen Projektionslinie 202 ist hingegen entlang der longitudinalen Ausdehnung der Tasche 200. Alternativ ausgedrückt, ist die longitudinale Projektionslinie 202 von dem stromabwärtigen Endbereich 154 zu dem stromaufwärtigen Endbereich 156 orientiert. Dies gilt allerdings nur, wenn für den weiter unten erläuterten Kippwinkel δ gilt: δ = 0°. Die longitudinale Projektionslinie 202 verläuft in einer Ebene der Innenmantelfläche 152. Dies wird insbesondere in denFIGS. 2A und 2B deutlich, in denen zu erkennen ist, dass die longitudinale Projektionslinie 202 im rechten Teil der abgebildeten Tasche 200 auf einer Ebene der Innenmantelfläche 152 bzw. der Öffnung 210 der Tasche 200 verläuft. Die Öffnung 210 weist eine Öffnungsfläche 211 auf. Diese Öffnungsfläche 211 wird durch die Öffnungskontur 210a begrenzt. Die Öffnungsfläche 211 liegt dabei in einer gleichen Ebene, insbesondere in einer gewölbten Ebene, wie die Innenmantelfläche 152 (angedeutet inFIG. 2B ). Damit ist gemeint, dass die Öffnungsfläche 211 auf einer Mantelebene der inneren Mantelfläche liegt. Das heißt die Öffnungsfläche 211 weist eine Krümmung bzw. Wölbung auf. Für die longitudinale Projektionslinie 202 bedeutet das, dass sie im rechten Teil der abgebildeten Tasche 200 auf der Öffnungsfläche 211 liegt. Alternativ ausgedrückt liegt die longitudinale Projektionslinie 202 in einer Ebene, die durch die Öffnungsfläche 211 definiert wird. Im linken Teil der abgebildeten Tasche 200 verläuft die longitudinale Projektionslinie 202 zumindest zum Teil auch direkt auf der Mantelinnenfläche 152. Analog zu sehen ist die Tiefenprojektionslinie 204, die ebenfalls mittig durch die Tasche 200 in Umfangsrichtung 26 gesehen, verläuft. Das bedeutet, dass die Tiefenprojektionslinie 204 eine Art Mittellinie in Tiefenorientierung der Tasche 200 ist. Als Tiefenorientierung kann man hier eine Orientierung der Tasche 200 verstehen, die ausgehend von der Öffnung 210 mittig zwischen den Seitenwänden 232, 234, ausgehend von der Innenmantelfläche 152, in das Material des zylindrischen Gehäuseabschnitts 150 zum tiefsten Punkt der Tasche 200 verläuft (sieheFIGS. 2A und 2C ). Mit dem Begriff "mittig" ist hier also eine Mitte in Umfangsrichtung 26 gesehen zu verstehen. Grundsätzlich sind die longitudinale Projektionslinie 202 und die Tiefenprojektionslinie 204 dabei als relative Orientierungslinien der Tasche 200 zu verstehen, die jeweils mittig zwischen den Seitenwänden 232, 234 der Tasche 200 verlaufen. Aus diesem Grund sind die longitudinale Projektionslinie 202 und die Tiefenprojektionslinie 204 als strichpunkt-linierte Geraden in den jeweiligen Ansichten der Figuren dargestellt. Diesbezüglich sei auch auf dieFIG. 1A und dieFIG.1B verwiesen, in denen beispielhaft für eine Tasche 200, die Tiefenprojektionslinie 204 bzw. die longitudinale Projektionslinie 202 dargestellt sind (siehe Tasche 200 ganz rechts im Schnitt B-B). - Wie weiter der
FIG. 2A zu entnehmen ist, ist die Tasche 200 derart ausgebildet, dass gilt: β < 180°- α. Durch diese Ausgestaltung kann eine steilere Rückströmung von der Tasche 200 in Richtung des stromabwärtigen Endbereichs 154 bereitgestellt werden. In alternativen Ausführungen kann die Tasche 200 allerdings auch derart ausgebildet sein, dass β = 180°- α oder β > 180°- α gilt. Insbesondere die letztere Ausgestaltung kann zu fertigungstechnischen Vereinfachungen führen, da der Hinterschnitt beim stromaufwärtigen Eintrittswinkel β, also beim stromaufwärtigen Öffnungsbereich 216 unter Umständen einfacher zu fertigen ist. Im Beispiel derFIG. 2A ist die Tasche 200 mit einem stromaufwärtigen Eintrittswinkel β von ungefähr 17°≤ β ≤ 19°, und mit einem stromabwärtigen Eintrittswinkel α von ungefähr 135°≤ α ≤ 145° ausgebildet. Das heißt der stromaufwärtige Eintrittswinkel β bzw. der stromabwärtige Eintrittswinkel α beträgt jeweils einen exakten Wert aus dem jeweiligen Intervall. Grundsätzlich können in alternativen Ausführungen aber auch andere Werte für die Eintrittswinkel α und β gewählt werden. Beispielsweise kann der stromaufwärtige Eintrittswinkel β auch einen Wert im Bereich von 10°< β < 30°, bevorzugt im Bereich von 15°< β < 20° annehmen. Der stromabwärtige Eintrittswinkel α kann auch einen Wert im Bereich von 120°< α < 165°, bevorzugt im Bereich von 130°< α < 150° annehmen. - Wie bereits in
FIG. 1A zu erkennen ist und inFIG. 3A im Detail dargestellt ist, ist Tiefenprojektionslinie 204 relativ zur radialen Richtung 24 um einen Anstellwinkel γ geneigt. Für diesen Anstellwinkel γ gilt besonders bevorzugt ein Wert aus 35°<γ<45°. Alternativ kann die Tasche auch ausgebildet sein, dass für den Anstellwinkel γ 0°<γ<60° und bevorzugt 15°<γ<50° gilt. Wird die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 in einem Verdichter 300 verwendet, kann der Anstellwinkel γ dabei insbesondere in einer Rotationsrichtung ω eines Verdichterrads 320 von der radialen Richtung 24 abgeneigt sein. Beispielhaft ist eine Rotationsrichtung ω in denFIGS. 1A und3A dargestellt. Diese vorteilhafte Ausgestaltung führt zu einer verbesserten Fluideinströmung in die Tasche 200. Hierdurch kann wiederum ein größerer Volumenstrom durch die Tasche 200 zurück in Richtung des stromabwärtigen Endbereichs 154 rezirkuliert werden. Beim Einsatz der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 in einem Verdichter 300, kann somit ein größerer Volumenstrom zurück auf das Verdichterrad 320 geleitet werden, wodurch wieder die Effizienz gesteigert werden kann. - Lediglich in der
FIG. 3B ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 schematisch angedeutet, die zusätzlich oder alternative zu einer, mehrerer oder aller Ausgestaltungsmöglichkeiten umgesetzt werden kann. Hier ist eine beispielhafte Tasche 200 relativ zur axialen Richtung 22 dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass die longitudinale Projektionslinie 202 relativ zur axialen Richtung 22 um einen Kippwinkel δ geneigt sein kann. Dieser Kippwinkel δ kann einen Wert aus 0°< δ < 60°, bevorzugt 5°<δ<45° und besonders bevorzugt 10°≤δ≤30° annehmen. Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft, wenn die longitudinale Projektionslinie 202 dabei derart um den Kippwinkel δ von der axialen Richtung 22 abgeneigt ist, dass der stromaufwärtige Öffnungsbereich 216 entgegen einer Rotationsrichtung ω eines Verdichterrads 320 von der axialen Richtung 22 abgeneigt ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die aus der Tasche 200 herausströmenden Fluide eine Bewegungskomponente in Umfangsrichtung 26 erfahren. Somit kann eine Anströmung auf ein Verdichterrad 320 verbessert werden. - Anhand der
FIGS. 2A-2C werden weitere Dimensionen der Tasche 200 erläutert. Dazu gehören beispielsweise eine Breite 207 der Tasche 200, eine Länge 208 der Tasche 200, eine Tiefe 209 der Tasche 200 sowie eine Öffnungslänge 212 der bereits erwähnten Öffnung 210 der Tasche 200. Diese Dimension werden faktorisiert angegeben, um eine entsprechende Varianz für verschiedene Verdichteranwendungen mit unterschiedlichen Größen abzudecken. Dabei wird der Faktor FD verwendet, der wie folgt definiert ist FD = D/DRef. DRef entspricht dabei einem Referenz-Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads 320 und beträgt bevorzugt 60mm. D entspricht dabei einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads 320 des Verdichters 300 der vorliegenden Anwendung. Das heißt D entspricht dabei einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads 320 des Verdichters 300, für den die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 ausgelegt ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, bedeutet das, dass die Dimensionen der Tasche 200, insbesondere die Breite 207, die Länge 208, die Tiefe 209 sowie die Öffnungslänge 212 abhängig von den Dimensionen des Verdichterrads 320 für dessen Betrieb die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 ausgelegt ist bzw. mit dem sie zusammen eingesetzt wird, konfiguriert wird. Konkret nimmt die Breite 207 der Tasche 200 dabei einen Wert zwischen 1mm x FD und 6mm x FD, bevorzugt einen Wert zwischen 2mm x FD und 5mm x FD und besonders bevorzugt einen Wert zwischen 3mm x FD und 4mm x FD an. Die Breite 207 ist dabei orthogonal zur Orientierungsebene 203 zu sehen. Das heißt die Breite 207 ist dabei als Abstand zwischen den Seitenwänden 232, 234 zu sehen (sieheFIG. 2B und 2C ). Konkret nimmt die Länge 208 der Tasche 200 dabei einen Wert zwischen 5mm x FD und 30mm x FD, bevorzugt einen Wert zwischen 10mm x FD und 25mm x FD und besonders bevorzugt einen Wert zwischen 15mm x FD und 20mm x FD an. Die Länge 208 verläuft dabei entlang der longitudinalen Projektionslinie 202. Das heißt die Länge 208 verläuft in der Orientierungsebene 203. Mit anderen Worten ausgedrückt entspricht die Länge 208 dabei einer maximalen Ausdehnung der Tasche 200 in der Orientierungsebene 203 entlang der longitudinalen Projektionslinie 202 (sieheFIG. 2A und 2B ). Konkret nimmt die Tiefe 209 der Tasche 200 dabei einen Wert zwischen 5mm x FD und 30mm x FD, bevorzugt einen Wert zwischen 10mm x FD und 25mm x FD und besonders bevorzugt einen Wert zwischen 15mm x FD und 20mm x FD an. Die Tiefe 209 verläuft dabei entlang der Tiefenprojektionslinie 204. Das heißt die Tiefe 209 verläuft in der Orientierungsebene 203. Mit anderen Worten ausgedrückt, entspricht die Tiefe 209 dabei einer maximalen Ausdehnung der Tasche 200 ausgehend von der Innenmantelfläche 152 bzw. von der Öffnungsfläche 211 entlang der Tiefenprojektionslinien 204 in das Material des zylindrischen Gehäuseabschnitts 150 bis zum tiefsten Punkt der Tasche 200 (sieheFIG. 2A und 2C ). Konkret nimmt die Öffnungslänge 212 der Tasche 200 dabei einen Wert zwischen 2mm x FD und 25mm x FD, bevorzugt einen Wert zwischen 5mm x FD und 20mm x FD und besonders bevorzugt einen Wert zwischen 10mm x FD und 15mm x FD an. Die Öffnungslänge 212 verläuft dabei entlang der longitudinalen Projektionslinie 202. Das heißt die Öffnungslänge 212 verläuft in der Orientierungsebene 203. Begrenzt wird die Öffnungslänge 212 im stromabwärtigen Öffnungsbereich 214 und im stromaufwärtigen Öffnungsbereich 216 jeweils durch die Öffnungskontur 210a (sieheFIG. 2A und 2B ). - Im Folgenden werden weitere Eigenschaften der Tasche 200 anhand der
FIG. 4 erläutert. Hier ist erkennbar, dass die Tasche 200 durch eine Kontur 220 genauer definiert werden kann, die in der Orientierungsebene 203 liegt. Das heißt die Kontur 220 ist eine Art Konturlinie der Tasche 200 in einem Schnitt in der Orientierungsebene 203. Die Kontur 220 weist einen Eintrittspunkt 222, an dem der strömabwärtige Eintrittswinkel α vorliegt, einen Austrittspunkt 228, an dem der stromaufwärtige Eintrittswinkel β vorliegt und einen Wechselpunkt 224 auf, der zwischen dem Eintrittspunkt 222 und dem Austrittspunkt 228 liegt. Der Eintrittspunkt 222 ist dabei durch einen stromabwärtigen Schnittpunkt zwischen der longitudinalen Projektionslinie 202 und der Öffnungskontur 210a bestimmt (sieheFIG. 2B ). Der Austrittspunkt 228 ist durch einen stromaufwärtigen Schnittpunkt zwischen der longitudinalen Projektionslinie 202 und der Öffnungskontur 210a bestimmt (sieheFIG. 2B ). Der Wechselpunkt 224 stellt den tiefsten Punkt der Kontur 220 relativ zur longitudinalen Projektionslinie 202 dar. Das heißt der Wechselpunkt 224 kann als tiefster Punkt der Kontur 220 angesehen werden. Anders ausgedrückt, kann der Wechselpunkt 224 als ein Schnittpunkt der Tiefenprojektionslinie 204 mit der Tasche 200 in der Tiefe 209. Zwischen dem Eintrittspunkt 222 und dem Wechselpunkt 224 ist ein erster Konturabschnitt 220a mit einem variablen Winkel α' ausgebildet. Zwischen dem Wechselpunkt 224 und dem Austrittspunkt 228 ist ein zweiter Konturabschnitt 220b mit einem variablen Winkel β' ausgebildet. Die variablen Winkel α' und β' sind relativ zur Mantelinnenfläche 152 zu sehen. Das heißt die variablen Winkel α' und β' sind analog zum stromabwärtigen Eintrittswinkel α und zum stromaufwärtigen Eintrittswinkel β zu sehen. Genauer gesagt können die variablen Winkel α' und β' auch gemäß der Z-Winkel-Analogie relativ zu einer Parallelen P der longitudinalen Projektionslinie 202 in der Tiefe 209 der Tasche 200 gesehen werden (sieheFIG. 4 ). Der erste Konturabschnitt 220a erstreckt sich dabei innerhalb eines stromabwärtigen Längenabschnitts 208a der Länge 208 der Tasche 200. Der zweite Konturabschnitt 220b erstreckt sich dabei innerhalb eines stromaufwärtigen Längenabschnitts 208b der Länge 208 der Tasche 200. - Die Kontur 220 weist dabei einen derartigen Verlauf auf, dass sich der variable Winkel α' von α' = α am Eintrittspunkt 222 zu α' = 180° am Wechselpunkt 224 verändert. Dabei verändert sich der variable Winkel α' vom Eintrittspunkt 222 zum Wechselpunkt 224 derart, dass der Verlauf des ersten Konturabschnitts 220a vom Eintrittspunkt 222 zum Wechselpunkt 224 keine Sprünge oder Knicke aufweist und der variable Winkel α' zumindest nicht kleiner wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann der Verlauf des ersten Konturabschnitts 220a als differenzierbar definiert werden, wobei der variable Winkel α' im Verlauf vom Eintrittspunkt 222 zum Wechselpunkt 224 zumindest nicht kleiner wird. Die Kontur 220 weist dabei einen derartigen Verlauf auf, dass sich der variable Winkel β' von β' = 180° am Wechselpunkt 224 zu β' = β am Austrittspunkt 228 derart verändern, dass der Verlauf des zweiten Konturabschnitts 220b vom Wechselpunkt 224 zum Austrittspunkt 228 keine Sprünge oder Knicke aufweist und der variable Winkel β' zumindest nicht größer wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann der Verlauf des zweiten Konturabschnitts 220b als differenzierbar definiert werden, wobei alternativ oder zusätzlich, der variable Winkel β' im Verlauf vom Wechselpunkt 224 zum Austrittspunkt 228 zumindest nicht größer wird. Diese besonders vorteilhaften Ausgestaltungen führen zu verbesserten und gleichmäßigeren Strömungsbedingungen innerhalb einer Tasche 200.
- Weiterhin ist der
FIG. 4 zu entnehmen, dass die Kontur 220 zwischen dem Wechselpunkt 224 und dem Austrittspunkt 228 einen Umkehrpunkt 226 aufweist. Genauer gesagt ist der Umkehrpunkt 226 im zweiten Konturabschnitt 220b angeordnet. Der Umkehrpunkt 226 ist zwischen dem Wechselpunkt 224 und dem Austrittspunkt 228 angeordnet. Der Umkehrpunkt 226 begrenzt dabei die maximale Länge 208 der Tasche 200, insbesondere die maximale Länge 208 der Tasche 200 in Richtung stromaufwärts. Der Umkehrpunkt 226 ist dadurch definiert, dass für den variablen Winkel β' gilt: β' = 90°. Mit anderen Worten kann der Umkehrpunkt dadurch definiert werden, dass der variable Winkel β' im Verlauf von dem Wechselpunkt 224 zu dem Austrittspunkt 228 erstmalig einen Wert von β' = 90° erreicht. - Die
FIGS. 12A-12D zeigen verschiedene Strömungsmodifiziereinrichtungen 10 mit unterschiedlichen Ausgestaltungen und Anordnungen der Taschen 200 in dem zylindrischen Gehäuseabschnitt 150. Im Vergleich zurFIG. 1A , in der die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 19 Taschen 200 umfasst, weisen die Strömungsmodifiziereinrichtungen 10 derFIGS. 12A und 12B jeweils nur 10 bzw. 5 Taschen 200 auf. Beispielsweise abhängig von den Betriebsanforderungen der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 im Einsatz in einem Verdichter 300 und/oder unterschiedlicher Ausgestaltungen der Taschen 200 (bspw. unterschiedliche Ausgestaltung der Breite 207, der Länge 208, der Tiefe 209, der Winkel α, α', β, β' und/oder der Öffnungslänge 212 einer Tasche 200) kann die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 unterschiedliche Anzahlen an Taschen 200 aufweisen, auch mehr als 19, weniger als 5 oder andere Anzahlen zwischen 5 und 19. Hier zeigt dieFIG. 12D ein Beispiel einer Strömungsmodifiziereinrichtung 10 in der unterschiedlich ausgestaltete Taschen 200 vorhanden sind. Obwohl in derFIG. 12D nur zwei unterschiedliche Arten von Ausgestaltungen von Taschen 200 dargestellt sind, können auch mehrere der Taschen unterschiedlich zu anderen Taschen 200 ausgebildet sein (beispielsweise 3, 4, 5 usw. unterschiedliche Arten von Ausgestaltungen von Taschen 200). Insbesondere kann eine oder mehrere der Dimensionen einer oder mehrerer Taschen 200, also eine Breite 207 und/oder eine Länge 208 und/oder eine Tiefe 209 und/oder eine Öffnung 210 mit einer Öffnungslänge 212 und/oder einer oder mehrere der Winkel α, α', β, β' unterschiedlich zu einer oder mehrerer der Dimensionen der anderen Taschen 200 ausgebildet sein. In den Beispielen derFIGS. 1A ,12A, 12B und 12D sind die Taschen 200 äquidistant in Umfangsrichtung 26 angeordnet. In alternativen Ausgestaltungen können die Taschen 200 auch ungleichmäßig verteilt in Umfangsrichtung 26 angeordnet sein (sieheFIG. 12C ). Insbesondere auch Kombinationen von unterschiedlichen Anordnungen mit unterschiedlichen Ausgestaltungen von Taschen 200 sind möglich. - Die Erfindung betrifft weiterhin einen Verdichter 300 für eine Aufladevorrichtung 400, der in einer Seitenschnittansicht schematisch in der
FIG. 5 und dem dazugehörige Detailausschnitt Y abgebildet ist. Der Detailausschnitt Y ist dabei im Bereich Y derFIG. 5 zu verorten, verläuft aber im Bereich der Tasche 200 durch einen Schnitt entlang der Orientierungsebene 203 der Tasche 200. Das heißt dieFIG. 5 und der dazugehörige Detailausschnitt Y sind grundsätzlich im Schnitt C-C derFIG. 1 dargestellt, aber die obere Tasche 200, die im Detailausschnitt Y genauer erläutert wird ist in einem Schnitt entlang der Orientierungsebene 203 der Tasche 200 dargestellt, um die Öffnungslänge 212 entsprechend beschreiben zu können. Im Vergleich hierzu sind dieFIG. 6 und der dazugehörige Detailausschnitt Z vollständig im Schnitt C-C derFIG. 1 dargestellt. Der Verdichter 300 umfasst ein Verdichtergehäuse 310, ein Verdichterrad 320 und die Strömungsmodifiziereinrichtung 10. Das Verdichtergehäuse 310 definiert einen Verdichtereinlass 312 mit einem Einlassquerschnitt 312a und einen Verdichterauslass 314. Das Verdichterrad 320 ist zwischen dem Verdichtereinlass 312 und dem Verdichterauslass 314 drehbar in dem Verdichtergehäuse 310 angeordnet. Wie bereits weiter oben erwähnt, kann durch den Einsatz der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 in einem Verdichter 300 eine maßgebliche Verbesserung der Kennfeldstabilität erzielt werden. Insbesondere kann sowohl der untere als auch der obere Kennfeldbereich stabilisiert werden. Gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten "ported shroud" ist die Wirksamkeit schon bei niedrigeren Druckverhältnissen zu erkennen. Wenn der Verdichter 300 für einen Verbrennungsmotor eingesetzt wird, ermöglicht die spezielle Ausgestaltung der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 mit den Taschen 200 eine merkliche Verschiebung der Betriebspunkte nahe der Pumpgrenze hin zu kleineren Durchsätzen (bzw. höherem Druck bei gleichem Durchsatz). Hierdurch kann am Verbrennungsmotor ein früheres und höheres Drehmoment bereitgestellt werden. Die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 kann dabei als Nachrüstmaßnahme in bestehende Teile mittels Bearbeitung eingebracht werden. Hierdurch können unterschiedliche Kundenanwendungen mit identischen Rohteilen abgedeckt werden. Dadurch ergeben sich fertigungstechnische und finanzielle Vorteile durch eine hohe Teilegleichheit. - Im Beispiel der
FIG. 5 ist der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 integral mit dem Verdichtergehäuse 310 gefertigt. Alternativ kann der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 aber auch als separates Bauteil gefertigt sein. Diesbezüglich zeigen dieFIGS. 8A-8C vereinfachte Verdichtergehäuse 310 mit einer stark vereinfacht dargestellten Strömungsmodifiziereinrichtung 10 und ohne Turbinenrad 320. Hierbei ist inFIG. 8A ein integral mit dem Verdichtergehäuse 310 gefertigter zylindrischer Gehäuseabschnitt 150, einem zylindrischen Gehäuseabschnitt 150, der als separates Bauteil gefertigt ist aus denFIGS. 8B und 8C gegenübergestellt. Dabei kann die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 bzw. der zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 ausgelegt sein von dem Verdichtereinlass 312 in axialer Richtung 22 zu dem Verdichterauslass 314 (sieheFIG. 8B ) oder von dem Verdichterauslass 314 in axialer Richtung zu dem Verdichtereinlass 312, also in entgegengesetzter Richtung, in das Verdichtergehäuse 310 einsetzbar zu sein (sieheFIG. 8C ). Insbesondere, wenn der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 von dem Verdichterauslass 314 in axialer Richtung 22 zu dem Verdichtereinlass 312 in das Verdichtergehäuse 310 einsetzbar ist, kann eine Verdichterkontur 316 durch den zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 gebildet werden. Dadurch, dass diese Verdichterkontur 316 an dem separaten zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 ausgebildet ist, ist die Geometrie/Oberfläche der Verdichterkontur 316 flexibler und einfacher zugänglich für eine exakte Bearbeitung. Durch eine integrale Fertigung des zylindrischen Gehäuseabschnitts 150 mit dem Verdichtergehäuse 310, kann die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 in bestehende Verdichtergeometrien integriert werden. Ist der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 als separates Bauteil ausgebildet, können für verschiedene Verdichteranwendungen gegebenenfalls gleichartige Verdichtergehäuse 310 verwendet werden, in die unterschiedlich ausgestaltete Strömungsmodifiziereinrichtungen 10 einsetzbar sind. Weiterhin ergeben sich unter Umständen fertigungstechnische und/oder materialtechnische Vorteile, wenn der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 als separates Bauteil ausgebildet ist. In Summe können sich aus diesen Ausgestaltungen fertigungstechnische und finanzielle Vorteile durch eine hohe Teilegleichheit ergeben. -
FIG. 6 und der dazugehörige Detailausschnitt Z zeigen eine weitere Ausgestaltung des Verdichters 300, in der der Verdichter 300 einen Verstellmechanismus 100 mit mehreren Blendenelementen 110 zum Verändern des Einlassquerschnitts 312a umfasst. Auch für diese Ausgestaltung des Verdichters 300 gelten alle vorherig erläuterten Variationsmöglichkeiten des Verdichters 300 und/oder der Strömungsmodifiziereinrichtung 10. Die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 ist dabei stromabwärts des Verstellmechanismus 100 bzw. stromabwärts der Blendenelemente 110 angeordnet. Genauer gesagt ist der der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 stromabwärts des Verstellmechanismus 100 bzw. stromabwärts der Blendenelemente 110 angeordnet. Unabhängig davon, ob der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 integral mit dem Lagergehäuse 310 oder als separates Bauteil gefertigt ist, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 als Lagerring 130 für die Blendenelemente 110 konfiguriert sein (sieheFIG. 6 ). Hierdurch kann ein separates vorfertigbares Modul zum Einsetzen in den Verdichter 300 bereitgestellt werden. Weiterhin kann der Verdichter 300 bzw. die Kombination aus Verstellmechanismus 100 und Strömungsmodifiziereinrichtung 10 dadurch kompakter ausgebildet werden. Der Vollständigkeit wegen sei erwähnt, dass der Verstellmechanismus 100 einen Verstellring 120 zum Verstellen der Blendenelemente 110 umfasst (siehe Detailausschnitt Z derFIG. 6 ). - Durch den kombinierten Einsatz der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 mit dem Verstellmechanismus 100 kann eine weitere Verbesserung der Kennfeldstabilität, sowohl im unteren, als auch im oberen Kennfeldbereich erzielt werden. Der Verstellmechanismus 100 kann dabei zwischen einer ersten, geöffneten Stellung und einer zweiten, geschlossenen Stellung betätigt werden. In der ersten Stellung ist der Einlassquerschnitt 312a unverändert. In der zweiten Stellung ist der Einlassquerschnitt 312a hingegen reduziert (siehe
FIG. 6 ). Insbesondere in bei niedrigen Volumenströmen und/oder niedrigen Druckverhältnissen kann das Verdichterkennfeld durch den Verstellmechanismus 100 optimiert werden, indem der Verstellmechanismus 100 in die zweite Stellung bewegt wird. Somit liegen bei den zwei verschiedenen Stellungen des Verstellmechanismuses 100 zwei verschiedene Kennfeldbereiche K1 (geschlossen) und K2 (offen) vor, die in einem Grenzbereich durch einen Lückenbereich L voneinander getrennt sind. Dieser Zusammenhang ist in derFIG. 7A dargestellt, die ein Verdichterkennfeld, in dem über das Druckverhältnis p1/p2 über den Volumenstrom V̇ für einen Verdichter aufgetragen ist, der nur einen Verstellmechanismus 100 und keine Strömungsmodifiziereinrichtung 10 umfasst. In dem Verdichterkennfeld derFIG. 7A sind die zwei Kennfeldbereichen K1 (geschlossen) und K2 (offen) und der Lückenbereich L aufgetragen. Durch den Verstellmechanismus 100 lässt sich somit eine wesentliche Erweiterung des Kennfeldbereichs K1 zum Kennfeldbereich K2 hin zu niedrigen Volumenströmen V̇ und niedrigen Druckverhältnissen p1/p2 erzielen. Jedoch kann für Betriebspunkte im Lückenbereich L ein Pumpen bzw. Stopfen (je nachdem in welcher Stellung sich der Verstellmechanismus 100 befindet) des Verdichters auftreten. Demgegenüber zeigt dieFIG. 7B das Verdichterkennfeld eines erfindungsgemäßen Verdichters 300, sowohl den Verstellmechanismus 100 als auch die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 umfasst. Es ist zu erkennen, dass insbesondere der Kennfeldbereich K1 (geöffnete Stellung) wesentlich in Richtung niedrigerer Volumenströme V und niedriger Druckverhältnisse p1/p2 um den Kennfeldbereich KΔ (strichliert dargestellt) erweitert werden kann im Verhältnis zum Kennfeldbereich K1 derFIG. 7A . Dies kann durch die Kombination des Verstellmechanismus 100 mit der speziellen Ausgestaltung der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 erzielt werden, wodurch der Lückbereich L ausFIG. 7A wesentlich reduziert werden kann. Durch diesen überraschenden Effekt bei einer kombinierten Verwendung des Verstellmechanismus 100 mit der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 kann ein erheblich verbesserter Verdichter 300 mit einem in beiden Stellungen des Verstellmechanismus 100 verbesserten Verdichterkennfeld bzw. Kennfeldbereichen bereitgestellt werden. - Die
FIGS. 9A-9D und 11B zeigen beispielhafte Ausgestaltungen, in denen der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 mehrteilig aufgebaut ist. Wie inFIG. 11B dargestellt ist, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 mehrere Unterteilungsabschnitte 157 in Umfangsrichtung 26 umfassen. Diese Unterteilungsabschnitte 157 in Umfangsrichtung 26 können auch als umfängliche Unterteilungsabschnitte 157 bezeichnet werden. Beispielsweise kann dabei für je eine Tasche 200 ein eigener umfänglicher Unterteilungsabschnitt 157 vorgesehen sein (sieheFIG. 11B ). Alternativ kann ein umfänglicher Unterteilungsabschnitt 157 auch mehrere Taschen 200 beherbergen. Auch wenn im Beispiel derFIG. 11B 8 umfängliche Unterteilungsabschnitte 157 gezeigt sind, kann der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 auch mehr oder weniger umfängliche Unterteilungsabschnitte 157 umfassen. kann ein umfänglicher Unterteilungsabschnitt 157 im Querschnitt im Wesentlichen T-förmig ausgebildet sein, um gegen Herausrutschen in radialer Richtung 24 gesichert zu sein (siehe ebenfallsFIG. 11B ). Demgegenüber kann der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 auch wie inFIG. 11A dargestellt, aus einem einzigen Bauteil in Umfangsrichtung 26 bestehen. Es sei angemerkt, dass dieFIGS. 9A-9D ,11A und 11B stark vereinfachte Verdichtergehäuse 310 mit ebenfalls stark vereinfachten Strömungsmodifiziereinrichtungen 10 zeigen. - Die
FIGS. 9A-9D zeigen hingegen, wie der der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 mehrere Unterteilungsabschnitte 159 in axialer Richtung 22 umfassen kann. Diese Unterteilungsabschnitte 159 in axialer Richtung 22 können auch als axiale Unterteilungsabschnitte 159 bezeichnet werden. Insbesondere kann der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 aus einem ersten Unterteilungsabschnitt 159a in axialer Richtung 22 und einem zweiten Unterteilungsabschnitte 159a in axialer Richtung 22 bestehen (sieheFIGS. 9C und 9D ). Der erste axiale Unterteilungsabschnitt 159a und der zweite axiale Unterteilungsabschnitt 159b sind dabei insbesondere ringförmig ausgebildet. Dabei sind erste axiale Unterteilungsabschnitt 159a und der zweite axiale Unterteilungsabschnitt 159b derart ausgebildet, dass sie die Taschen 200 an ihrem tiefsten Punkttrennen. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass erste axiale Unterteilungsabschnitt 159a und der zweite axiale Unterteilungsabschnitt 159b die Taschen 200 am Wechselpunkt 224 unterteilen. Dies hat insbesondere fertigungstechnische Vorteile, wie eine vereinfachte Zugänglichkeit zur Tasche 200. - Wie in den
FIGS. 9A und 9B zu erkennen ist, kann einer von dem ersten axialen Unterteilungsabschnitt 159a und dem zweiten axialen Unterteilungsabschnitt 159b integral mit dem Verdichtergehäuse 310 gefertigt sein. In derartigen Ausführungen, kann der andere dem ersten axialen Unterteilungsabschnitt 159a und dem zweiten axialen Unterteilungsabschnitt 159b von dem Verdichtereinlass 312 in axialer Richtung 22 zu dem Verdichterauslass 314 oder von dem Verdichterauslass 314 in axialer Richtung 22 zu dem Verdichtereinlass 312 in das Verdichtergehäuse 310 einsetzbar sein. Dies gilt in analoger Weise auch für einen zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 mit einem ersten axialen Unterteilungsabschnitt 159a und einem zweiten axialen Unterteilungsabschnitt 159b, wovon keiner integral mit dem Verdichtergehäuse 310 gefertigt ist. Hier können beispielsweise sowohl der erste axiale Unterteilungsabschnitt 159a als auch der zweite axiale Unterteilungsabschnitt 159b von dem Verdichtereinlass 312 in axialer Richtung 22 zu dem Verdichterauslass 314 in das Verdichtergehäuse 310 einsetzbar sein (sieheFIG. 9C ). Alternativ, der erste axiale Unterteilungsabschnitt 159a als auch der zweite axiale Unterteilungsabschnitt 159b von dem Verdichterauslass 314 in axialer Richtung 22 zu dem Verdichtereinlass 312 in das Verdichtergehäuse 310 einsetzbar sein. Eine entsprechende Anpassung des Verdichtergehäuses 310 entsprechend der jeweiligen Einsetzrichtung des zylindrischen Gehäuseabschnitts 150 ist selbstverständlich und beispielsweise aus denFIGS. 9A-9D ersichtlich. Insbesondere, wenn der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 von dem Verdichterauslass 314 in axialer Richtung 22 zu dem Verdichtereinlass 312 in das Verdichtergehäuse 310 einsetzbar ist, kann Verdichterkontur 316 durch den zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 gebildet werden. Dadurch, dass diese Verdichterkontur 316 an dem separaten zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 ausgebildet ist, ist die Geometrie/Oberfläche der Verdichterkontur 316 flexibler und einfacher zugänglich für eine exakte Bearbeitung. - Grundsätzlich ist anzumerken, dass auch Kombinationen verschiedener umfänglicher Unterteilungsabschnitte 157 und axialer Unterteilungsabschnitte 159 möglich sind. Beispielsweise der erste axiale Unterteilungsabschnitt 159a und/oder der zweite axiale Unterteilungsabschnitt 159b auch zwei oder mehrere umfängliche Unterteilungsabschnitte 157 aufweisen.
- Die
FIGS. 10A-10D zeigen beispielhaft in schematischer Weise verschiedene Befestigungseinrichtungen 330 des zylindrischen Gehäuseabschnitts 150 der Strömungsmodifiziereinrichtung 10 in stark vereinfachter Form. Im Detail kann die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 über ihren zylindrischen Gehäuseabschnitt 150, wenn dieser als separates Teil ausgebildet ist, in dem Verdichtergehäuse 310 befestigt werden. Als Befestigungseinrichtung 330 kommen verschiedene Kopplungstechnologien, wie eine Presspassung, eine Schnapphakenverbindung, eine Verschraubung oder andere geeignete Technologien in Frage. Dabei zeigen dieFIGS. 10A und 10B zwei verschiedene Ausgestaltungen von Befestigungseinrichtungen 330 in Form von Schnapphakenverbindungen zwischen dem zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 und dem Verdichtergehäuse 310. Die Schnapphakenverbindung ist dabei an der Außenmantelfläche 158 angeordnet. In axialer Richtung 22 kann die Schnapphakenverbindung an verschiedenen Positionen des zylindrischen Gehäuseabschnitts 150 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Schnapphakenverbindung im stromaufwärtigen Endbereich 156 (nicht gezeigt), im stromabwärtigen Endbereich 154 (sieheFIG. 10B ) oder axial zwischen dem stromaufwärtigen Endbereich 156 und dem stromabwärtigen Endbereich 154 angeordnet sein (sieheFIG. 10A). FIG. 10C zeigt eine Ausgestaltung der Befestigungseinrichtungen 330 als Schraubverbindung, bei der der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 über ein Gewinde an seiner Außenmantelfläche 158 mit einem Gewinde an einer Innenmantelfläche des Verdichtergehäuses 310 verschraubt ist.FIG. 10D zeigt eine Ausgestaltung der Befestigungseinrichtungen 330 als Pressverbindung, bei der der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 über eine Presspassung zwischen seiner Außenmantelfläche 158 und einer Innenmantelfläche des Verdichtergehäuses 310 reibschlüssig im Verdichtergehäuse 310 gehalten wird. Die eben erläuterten Ausgestaltungen gelten analog auch für Ausführungen der Strömungsmodifiziereinrichtung 10, in denen einzelne oder alle Unterteilungsabschnitte 157, 159 (falls vorhanden) und nicht der gesamte zylindrische Gehäuseabschnitt 150 separat gefertigt sind. - Wenn der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 als separates Bauteil gefertigt ist, kann es vorteilhaft sein, den zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 aus Kunststoff herzustellen. Optional kann der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 dabei ein Übermaß 160 in Richtung des Verdichterrads 320 aufweisen (siehe
FIGS. 13D und 13E ). Zur besseren Veranschaulichung sind in denFIGS. 13D und 13E lediglich die äußeren Konturen des Verdichterrad 320 strichliniert dargestellt. Der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 weist im Zustand unmittelbar nach dem Einsetzen in den Verdichter ein Übermaß 160 auf. In derFIG. 13D ist die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 bzw. der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 ausgelegt von dem Verdichtereinlass 312 in axialer Richtung 22 zu dem Verdichterauslass 314 in das Verdichtergehäuse 310 eingesetzt zu werden. Hier ist das Übermaß 160 in radialer Richtung 24 nach innen ausgebildet. Dabei nimmt ist das Übermaß 160 nur in einem Teilbereich der Verdichterkontur 316 vorhanden. In derFIG. 13E ist die Strömungsmodifiziereinrichtung 10 bzw. der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 ausgelegt von dem Verdichterauslass 314 in axialer Richtung 22 zu dem Verdichtereinlass 312 in das Verdichtergehäuse 310 eingesetzt zu werden. Hier ist das Übermaß 160 im Bereich der Verdichterkontur 316 ausgebildet. Mit anderen Worten ausgedrückt, heißt das, dass das Übermaß 160 in axialer Richtung 22 stromabwärts und in radialer Richtung 24 nach innen ausgebildet. Im Betrieb des Verdichters 300 kann das Übermaß 160 durch das Verdichterrad 320 reduzierbar, insbesondere einschleifbar bzw. abschleifbar sein. Dies bedeutet, dass das Verdichterrad 320, welches aus einem metallischen Material ist, das weichere und nicht notwendige Kunststoffinaterial des zylindrischen Gehäuseabschnitts 150 im Bereich des Übermaßes 160 abtragen bzw. abschleifen kann. Somit kann genau eine passgenaue Verdichterkontur 316 erzeugt werden, die komplementär zur Kontur des Verdichterrads 320 geformt ist. Dadurch wird eine kollisionsfreie (nach dem Abschleifen durch das Verdichterrad) Rotation des Verdichterrads 320 ermöglicht. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verringerte notwendige Fertigungstoleranz. Dies wiederum kann zu reduzierten Fertigungskosten führen, sowie zu einer Vereinfachung des gesamten Fertigungsprozesses. - Weiterhin umfasst die Erfindung ein Herstellungsverfahren des Verdichters 300 bzw. der Strömungsmodifziereinrichtung 10. Wie bereits erwähnt kann der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 dabei integral mit dem Verdichtergehäuse 310 oder als separates Bauteil bereitgestellt werden. Auch können lediglich einzelne, mehrere oder alle Unterteilungsabschnitte 157, 159 (wenn vorhanden) integral mit dem Verdichtergehäuse 310 oder als separate Bauteile bereitgestellt werden. Werden der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 bzw. die Unterteilungsabschnitte 157, 159 als separate Bauteile bereitgestellt können die Taschen 200 direkt mit dem zylindrische Gehäuseabschnitt 150 bzw. den Unterteilungsabschnitte 157, 159 hergestellt werden, beispielsweise in einem Spritzgussvorgang. Alternativ können die Taschen 200 nachträglich durch abtragende Verfahren in den zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 bzw. in die Unterteilungsabschnitte 157, 159 eingebracht werden. Insbesondere, wenn der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 bzw. die Unterteilungsabschnitte 157, 159 (wenn vorhanden) integral mit dem Verdichtergehäuse 310 bereitgestellt sind, können die Taschen 200 durch verschiedene Herstellungsverfahren in den zylindrischen Gehäuseabschnitt 150 bzw. in die Unterteilungsabschnitte 157, 159 bzw. in das Verdichtergehäuse 310 eingebracht sein. Diesbezüglich zeigt die
FIG. 13A beispielhaft Taschen 200, die in einem Erodierverfahren in das Verdichtergehäuse 310 eingebracht wurden. DieFIGS. 13B und 13C zeigen eine Kombination aus einem Gussverfahren, in dem bereits eine Grundform der Taschen 200 in dem Verdichtergehäuse 310 bereitgestellt wird (sieheFIG. 13B ), gefolgt von einem abtragenden Verfahren, insbesondere Fräsverfahren, durch das die endgültige Geometrie der Tasche 200 (wie weiter oben beschrieben) erzeugt wird (sieheFIG. 13C ). Das heißt die Taschen 200 können durch ein Erodierverfahren, ein Gussverfahren, ein abtragendes Verfahren oder eine beliebige Kombination von zwei oder mehreren der eben genannten und/oder weiterer geeigneter Verfahren erzeugt werden. - Die relative Lage der Taschen 200 zu dem Verdichterrad 320 wird anhand der
FIG. 5 und dem Detailausschnitt Y beschrieben. Das Verdichterrad 320 umfasst mehrere in Umfangsrichtung 26 verteilte Schaufeln 322, wie dies auch aus dem Stand der Technik bekannt ist. In derFIG. 5 sind diesbezüglich zwei Schaufeln 322 dargestellt. Jede Schaufel 322 weist dabei eine Anströmkante 324, eine Seitenkante 325, eine Abströmkante 326, eine Vorderseite 327 und eine Rückseite 328 auf. Dies ist im Detailausschnitt Y zu erkennen, in dem das Verdichtergehäuse 310 bzw. die Tasche 200 jedoch nicht entlang des Schnitts C-C dargestellt ist, sondern entlang eines Schnitts durch die Orientierungsebene der Tasche 20. Aus perspektivischen Gründen ist für die eine Schaufel 322 nur die Rückseite 328 und für die andere Schaufel nur die Vorderseite 327 zu erkennen. Die Vorderseite 327 und die Rückseite 328 sind dabei relativ zur Rotationsrichtung ω des Verdichterrads 320 zu sehen. Die Taschen 200 sind dabei derart in axialer Richtung 22 bzw. an einer axialen Position angeordnet, dass sich die Öffnung 210 einer jeweiligen Tasche 200 sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts einer Ecke 329, an der die Anströmkante 324 und die Seitenkante 325 zusammenlaufen, befindet. In der beispielhaften Ausführung derFIG. 5 bzw. des Detailausschnitts Y sind die Taschen 200 derart in axialer Richtung 22 bzw. an einer axialen Position angeordnet, dass sich eine Mitte der Öffnung 210, die an der halben Öffnungslänge 212 liegt, ungefähr an der Ecke 329 befindet. In alternativen Ausgestaltungen sind auch andere Anordnungen möglich. Beispielsweise kann ein Verhältnis zwischen einer stromabwärtigen Öffnungslänge 212a, die stromabwärts der Ecke 329 angeordnet ist, zu einer stromaufwärtigen Öffnungslänge 212b, die stromaufwärts der Ecke 329 angeordnet ist auch größer oder kleiner als 1 sein. - Wie bereits erwähnt ist der Anstellwinkel γ in eine Rotationsrichtung ω des Verdichterrads 320 von der radialen Richtung 24 abgewinkelt. Diese vorteilhafte Ausgestaltung führt zu einer verbesserten Fluideinströmung in die Tasche 200. Hierdurch kann wiederum ein größerer Volumenstrom durch die Tasche 200 zurück in Richtung des stromabwärtigen Endbereichs 154, also zurück auf das Verdichterrad 320 geleitet bzw. rezirkuliert werden, wodurch wiederum die Effizienz gesteigert werden kann.
- Die Erfindung betrifft weiterhin eine Aufladevorrichtung 400 (siehe
FIG. 14 ). Die Aufladevorrichtung 400 umfasst eine und den Verdichter 300. Der in derFIG. 14 dargestellte Verdichter 300 umfasst eine Strömungsmodifiziereinrichtung 10 und einen Verstellmechanismus 100. Der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 ist dabei integral mit dem Verdichtergehäuse 310 ausgebildet. Alternativ kann der zylindrische Gehäuseabschnitt 150 aber auch als separates Bauteil ausgebildet sein. Grundsätzlich sind alle weiter oben genannten Ausgestaltungsvarianten auf die Aufladevorrichtung 400 übertragbar. Beispielsweise kann der Verdichter 300 auch lediglich eine Strömungsmodifiziereinrichtung 10 und keinen Verstellmechanismus 100 umfassen. In der beispielhaften Darstellung derFIG. 14 umfasst der Verdichter 300 weiterhin einen Verdichtereinlassstutzen 340, der in axialer Richtung 220 stromaufwärts des Verdichtergehäuses 310 angeordnet und an diesem befestigt ist. Axial zwischen Verdichtereinlassstutzen 340 und dem Verdichtergehäuse 310 ist dabei der Verstellmechanismus 100 angeordnet. Die Aufladevorrichtung 400 umfasst weiterhin eine Welle 420, über die der Verdichter 300 und die Antriebseinheit 410 drehfest miteinander gekoppelt sind. Die Antriebseinrichtung 410 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Turbine. Alternativ oder zusätzlich kann die Antriebseinheit 410 aber auch einen Elektromotor umfassen.Bezugszeichenliste 10 Strömungsmodifiziereinheit 22 axiale Richtung 24 radiale Richtung 26 Umfangsrichtung 100 Verstellmechanismus 110 Blendenelemente 120 Verstellring 130 Lagerring 150 zylindrischer Gehäuseabschnitt 152 Innenmantelfläche 153 stromabwärtige Endfläche 154 stromabwärtiger Endbereich 155 stromaufwärtige Endfläche 156 stromaufwärtiger Endbereich 157 umfängliche Unterteilungsabschnitte 158 Außenmantelfläche 159 axiale Unterteilungsabschnitte 160 Übermaß 200 Tasche 202 longitudinale Projektionslinie 203 Orientierungsebene 204 Tiefenproj ektionslinie 207 Breite der Tasche 208 Länge der Tasche 208a Stromabwärtiger Längenabschnitt 208b Strömaufwärtiger Längenabschnitt 209 Tiefe der Tasche 210 Öffnung 210a Öffnungskontur 211 Öffnungsfläche 212 Öffnungslänge 212a Stromabwärtige Öffnungslänge 212b Stromaufwärtige Öffnungslänge 214 stromabwärtiger Öffnungsbereich 216 stromaufwärtiger Öffnungsbereich 220 Kontur 222 Eintrittspunkt 224 Wechselpunkt 226 Umkehrpunkt 228 Austrittspunkt 232 Erste Seitenwand 234 Zweite Seitenwand 300 Verdichter 310 Verdichtergehäuse 312 Verdichtereinlass 312a Einlassquerschnitt 314 Verdichterauslass 316 Verdichterkontur 320 Verdichterrad 322 Schaufeln 324 Anströmkante 325 Seitenkante 326 Abströmkante 327 Vorderseite 328 Rückseite 329 Ecke 330 Befestigungseinrichtung 340 Verdichtereinlassstutzen 400 Aufladevorrichtung 410 Antriebseinheit 420 Welle P Parallele zur longitudinalen Projektionslinie X Ausschnitt α stromabwärtigen Eintrittswinkel α' Variabler stromabwärtiger Winkel β stromaufwärtige Eintrittswinkel β' Variabler stromaufwärtiger Winkel γ Anstellwinkel δ Kippwinkel ω Rotationsrichtung - Obwohl die vorliegende Erfindung oben beschrieben wurde und in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, sollte verstanden werden, dass die Erfindung alternativ auch entsprechend der folgenden Ausführungsformen definiert werden kann:
- 1. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) für einen Verdichter (300) einer Aufladevorrichtung (400) umfassend:
- einen zylindrischen Gehäuseabschnitt (150), der eine Innenmantelfläche (152) definiert und in axialer Richtung (22) einen stromabwärtigen Endbereich (154) sowie einen stromaufwärtigen Endbereich (156) umfasst; und
- eine Mehrzahl an Taschen (200), die in Umfangsrichtung (26) beabstandet an der Innenmantelfläche (152) angeordnet sind;
- wobei jede Tasche (200) durch eine longitudinale Projektionslinie (202) und eine Tiefenprojektionslinie (204) definiert wird,
- wobei in einer Orientierungsebene (203), die durch die longitudinale Projektionslinie (202) und die Tiefenprojektionslinie (204) gebildet wird, ein stromabwärtiger Eintrittswinkel (α) der Tasche (200) relativ zur Mantelinnenfläche (152) einen stromabwärtigen Öffnungsbereich (214) der Tasche (200) definiert und ein stromaufwärtiger Eintrittswinkel (β) der Tasche (200) relativ zur Mantelinnenfläche (152) einen stromaufwärtigen Öffnungsbereich (216) der Tasche (200) definiert, und
- wobei die Tasche (200) derart ausgebildet ist, dass gilt: (β)<90°<(α).
- 2. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach Ausführungsform 1, wobei die Tasche (200) derart ausgebildet ist, dass gilt: (β)<180°-(α).
- 3. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei 10°<(β)<30°, bevorzugt 15°<(β)<20° und besonders bevorzugt 17°≤(β)≤19° gilt.
- 4. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei 120°<(α)<165°, bevorzugt 130°<(α)<150° und besonders bevorzugt 135°≤(α)≤145° gilt.
- 5. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Tiefenprojektionslinie (204) relativ zur radialen Richtung (24) um einen Anstellwinkel (γ) geneigt ist.
- 6. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach Ausführungsform 5, wobei 0°<(γ)<60°, bevorzugt 15°<(γ)<50° und besonders bevorzugt 35°≤(γ)≤45° gilt.
- 7. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei eine Breite (207) der Tasche (200) orthogonal zur Orientierungsebene (203) 1mm x FD bis 6mm x FD, bevorzugt 2mm x FD bis 5mm x FD und besonders bevorzugt 3mm x FD bis 4mm x FD beträgt, wobei FD=D/DRef, wobei DRef bevorzugt 60mm beträgt und D einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads des Verdichters (300) entspricht, für den die Strömungsmodifiziereinrichtung (10) ausgelegt ist.
- 8. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei eine Länge (208) der Tasche (200) entlang der longitudinalen Projektionslinie (202) 5mm x FD bis 30mm x FD, bevorzugt 10mm x FD bis 25mm x FD und besonders bevorzugt 15mm x FD bis 20mm x FD beträgt, wobei FD=D/DRef, wobei DRef bevorzugt 60mm beträgt und D einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads des Verdichters (300) entspricht, für den die Strömungsmodifiziereinrichtung (10) ausgelegt ist.
- 9. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei eine Tiefe (209) der Tasche (200) entlang der Tiefenprojektionslinie (204) 5mm x FD bis 30mm x FD, bevorzugt 10mm x FD bis 25mm x FD und besonders bevorzugt 15mm x FD bis 20mm x FD beträgt, wobei FD=D/DRef, wobei DRef bevorzugt 60mm beträgt und D einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads des Verdichters (300) entspricht, für den die Strömungsmodifiziereinrichtung (10) ausgelegt ist.
- 10. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die longitudinale Projektionslinie (202) relativ zur axialen Richtung (22) um einen Kippwinkel (δ) geneigt ist.
- 11. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach Ausführungsform 10, wobei 0°<(δ)<60°, bevorzugt 5°<(δ)<45° und besonders bevorzugt 10°≤(δ)≤30° gilt.
- 12. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Tasche (200) eine Öffnung (210) mit einer Öffnungsfläche (211) umfasst.
- 13. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach Ausführungsform 12, wobei die Öffnung (210) eine Öffnungslänge (212) umfasst, wobei sich die Öffnungslänge (212) entlang der longitudinalen Projektionslinie (202) erstreckt und 2mm x FD bis 25mm x FD, bevorzugt 5mm x FD bis 20mm x FD und besonders bevorzugt 10mm x FD bis 15mm x FD beträgt, wobei der Faktor FD=D/DRef, wobei DRef bevorzugt 60mm beträgt und D einem Austrittsdurchmesser eines Verdichterrads des Verdichters (300) entspricht, für den die Strömungsmodifiziereinrichtung (10) ausgelegt ist.
- 14. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 12 oder 13, wobei die longitudinale Projektionslinie (202) in einer Ebene liegt, die durch die Öffnungsfläche (211) definiert wird.
- 15. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die longitudinale Projektionslinie (202) mittig durch die Tasche (200) in Umfangsrichtung (26) gesehen, verläuft, und optional wobei die longitudinale Projektionslinie (202) mittig durch die Tasche (200) in Umfangsrichtung (26) gesehen, zwischen dem stromabwärtigen Öffnungsbereich (214) und dem stromaufwärtigen Öffnungsbereich (216) verläuft.
- 16. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Tiefenprojektionslinie (204) mittig durch die Tasche (200) in Umfangsrichtung (26) gesehen, verläuft.
- 17. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Tasche (200) eine Länge (208), eine Öffnung (210) mit einer Öffnungslänge (212) und eine Tiefe (209) umfasst.
- 18. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach Ausführungsform 17, wobei eine Kontur (220) der Tasche (200) durch einen Eintrittspunkt (222) an dem der strömabwärtige Eintrittswinkel (α) vorliegt, durch einen Austrittspunkt (228) an dem der stromaufwärtiger Eintrittswinkel (β) vorliegt und durch einen Wechselpunkt (224) zwischen dem Eintrittspunkt (222) und dem Austrittspunkt (228) bestimmt ist.
- 19. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach Ausführungsform 18, wobei die Kontur (220) in der Orientierungsebene (203) liegt.
- 20. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 18 oder 19, wobei der Eintrittspunkt (222) durch einen stromabwärtigen Schnittpunkt zwischen der longitudinalen Projektionslinie (202) und einer Öffnungskontur (210a) der Öffnung (210) bestimmt ist, wobei der Austrittspunkt (228) durch einen stromaufwärtigen Schnittpunkt zwischen der longitudinalen Projektionslinie (202) und der Öffnungskontur (210a) bestimmt ist, und wobei der Wechselpunkt (224) den tiefsten Punkt der Kontur (220) relativ zur longitudinalen Projektionslinie (202) darstellt.
- 21. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 18 bis 20, wobei zwischen dem Eintrittspunkt (222) und dem Wechselpunkt (224) ein erster Konturabschnitt (220a) mit einem variablen Winkel (α') und zwischen dem Wechselpunkt (224) und dem Austrittspunkt (228) ein zweiter Konturabschnitt (220b) mit einem variablen Winkel (β') ausgebildet ist.
- 22. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach Ausführungsform 21, wobei sich (α') von (α')=(α) am Eintrittspunkt (222) zu (α')=180° am Wechselpunkt (224) derart verändert, dass der Verlauf des ersten Konturabschnitts (220a) vom Eintrittspunkt (222) zum Wechselpunkt (224) keine Sprünge oder Knicke aufweist und (α') zumindest nicht kleiner wird.
- 23. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der Ausführungsformen 21 oder 22, wobei sich (β)' von (β)'=180° am Wechselpunkt (224) zu (β)'=(β) am Austrittspunkt (228) derart verändert, dass der Verlauf des zweiten Konturabschnitts (220b) vom Wechselpunkt (224) zum Austrittspunkt (228) keine Sprünge oder Knicke aufweist und (β)' zumindest nicht größer wird.
- 24. Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Taschen (200) äquidistant in Umfangsrichtung (26) angeordnet sind.
- 25. Verdichter (300) für eine Aufladevorrichtung (400) umfassend:
- ein Verdichtergehäuse (310), das einen Verdichtereinlass (312) mit einem Einlassquerschnitt (312a) und einen Verdichterauslass (314) definiert;
- ein Verdichterrad (320), das zwischen dem Verdichtereinlass (312) und dem Verdichterauslass (314) drehbar in dem Verdichtergehäuse (310) angeordnet ist; und
- eine Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen.
- 26. Verdichter (300) nach Ausführungsform 25, weiterhin umfassend einen Verstellmechanismus (100) mit mehreren Blendenelementen (110) zum Verändern des Einlassquerschnitts (312a).
- 27. Verdichter (300) nach Ausführungsform 26, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150) stromabwärts der Blendenelemente (110) angeordnet ist.
- 28. Verdichter (300) nach irgendeiner der Ausführungsformen 26 oder 27, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150) als Lagerring (130) für die Blendenelemente (110) konfiguriert ist.
- 29. Verdichter (300) nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 bis 28, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150) integral mit dem Verdichtergehäuse (310) gefertigt ist oder als separates Bauteil gefertigt ist.
- 30. Verdichter (300) nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 bis 29, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150) mehrteilig aufgebaut ist und mehrere Unterteilungsabschnitte (157) in Umfangsrichtung (26) und/oder mehrere Unterteilungsabschnitte (159) in axialer Richtung (22) umfasst.
- 31. Verdichter (300) nach Ausführungsform 30, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150) aus einem ersten Unterteilungsabschnitt (159a) in axialer Richtung (22) und einem zweiten Unterteilungsabschnitte (159b) in axialer Richtung (22) besteht.
- 32. Verdichter (300) nach Ausführungsform 31, wobei einer von dem ersten oder dem zweiten Unterteilungsabschnitt (159a, 159b) integral mit dem Verdichtergehäuse (310) gefertigt ist und optional, wobei der andere von dem ersten oder dem zweiten Unterteilungsabschnitt (159a, 159b) von dem Verdichtereinlass (312) in axialer Richtung (22) zu dem Verdichterauslass (314) oder von dem Verdichterauslass (314) in axialer Richtung (22) zu dem Verdichtereinlass (312) in das Verdichtergehäuse (310) einsetzbar ist.
- 33. Verdichter (300) nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 bis 32, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150), wenn dieser als separates Teil ausgebildet ist, durch eine Presspassung, eine Schnapphakenverbindung, eine Verschraubung oder eine andere geeignete Befestigungseinrichtung (330) mit dem Verdichtergehäuse (310) verbunden ist.
- 34. Verdichter (300) nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 bis 33, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150), wenn dieser als separates Teil ausgebildet ist, von dem Verdichtereinlass (312) in axialer Richtung (22) zu dem Verdichterauslass (314) oder in entgegengesetzter axialer Richtung (22) in das Verdichtergehäuse (310) einsetzbar ist.
- 35. Verdichter (300) nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 bis 34, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150), wenn dieser als separates Teil ausgebildet ist, aus Kunststoff hergestellt ist, und optional, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150) ein Übermaß (160) in Richtung des Verdichterrads (320) aufweist, das im Betrieb des Verdichters (300) durch das Verdichterrad (320) reduzierbar, insbesondere einschleifbar ist.
- 36. Verdichter (300) nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 bis 35, wobei das Verdichterrad (320) mehrere in Umfangsrichtung (26) verteilte Schaufeln (322) umfasst, wobei jede Schaufel (322) eine Anströmkante (324), eine Seitenkante (325), eine Abströmkante (326), eine Vorderseite (327) und eine Rückseite (328) aufweist.
- 37. Verdichter (300) nach Ausführungsform 36, wobei die Taschen (200) derart in axialer Richtung (22) angeordnet sind, dass sich die Öffnung (210) einer jeweiligen Tasche (200) sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts einer Ecke (329), an der die Anströmkante (324) und die Seitenkante (325) zusammenlaufen, befindet.
- 38. Verdichter (300) nach Ausführungsform 37, wobei die Taschen (200) derart in axialer Richtung (22) angeordnet sind, dass sich eine Mitte der Öffnung (210), die an der halben Öffnungslänge (212) liegt, ungefähr an der Ecke (329) befindet.
- 39. Verdichter (300) nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 bis 38, wobei der Anstellwinkel (γ) in eine Rotationsrichtung (ω) des Verdichterrads (320) von der radialen Richtung (24) abgewinkelt ist.
- 40. Aufladevorrichtung (400) umfassend:
eine Antriebseinheit (410) und einen Verdichter (300) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die Aufladevorrichtung (400) eine Welle (420) umfasst, über die der Verdichter (300) und die Antriebseinheit (410) drehfest miteinander gekoppelt sind. - 41. Aufladevorrichtung (400) nach Ausführungsform 40, wobei die Antriebseinheit (410) eine Turbine und/oder einen Elektromotor umfasst.
Claims (15)
- Strömungsmodifiziereinrichtung (10) für einen Verdichter (300) einer Aufladevorrichtung (400) umfassend:einen zylindrischen Gehäuseabschnitt (150), der eine Innenmantelfläche (152) definiert und in axialer Richtung (22) einen stromabwärtigen Endbereich (154) sowie einen stromaufwärtigen Endbereich (156) umfasst; undeine Mehrzahl an Taschen (200), die in Umfangsrichtung (26) beabstandet an der Innenmantelfläche (152) angeordnet sind;- wobei jede Tasche (200) durch eine longitudinale Projektionslinie (202) und eine Tiefenprojektionslinie (204) definiert wird,- wobei in einer Orientierungsebene (203), die durch die longitudinale Projektionslinie (202) und die Tiefenprojektionslinie (204) gebildet wird, ein stromabwärtiger Eintrittswinkel (α) der Tasche (200) relativ zur Mantelinnenfläche (152) einen stromabwärtigen Öffnungsbereich (214) der Tasche (200) definiert und ein stromaufwärtiger Eintrittswinkel (β) der Tasche (200) relativ zur Mantelinnenfläche (152) einen stromaufwärtigen Öffnungsbereich (216) der Tasche (200) definiert, und- wobei die Tasche (200) derart ausgebildet ist, dass gilt: (β)<90°<(α).
- Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei 10°<(β)<30°, bevorzugt 15°<(β)<20° und besonders bevorzugt 17°≤(β)≤19° gilt.
- Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei 120°<(α)<165°, bevorzugt 130°<(α)<150° und besonders bevorzugt 135°≤(α)≤145° gilt.
- Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Tiefenprojektionslinie (204) relativ zur radialen Richtung (24) um einen Anstellwinkel (γ) geneigt ist, und optional, wobei 0°<(γ)<60°, bevorzugt 15°<(γ)<50° und besonders bevorzugt 35°≤(γ)≤45° gilt.
- Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Tasche (200) eine Öffnung (210) mit einer Öffnungsfläche (211) umfasst.
- Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Tasche (200) eine Länge (208), eine Öffnung (210) mit einer Öffnungslänge (212) und eine Tiefe (209) umfasst, und, wobei eine Kontur (220) der Tasche (200) durch einen Eintrittspunkt (222) an dem der strömabwärtige Eintrittswinkel (α) vorliegt, durch einen Austrittspunkt (228) an dem der stromaufwärtiger Eintrittswinkel (β) vorliegt und durch einen Wechselpunkt (224) zwischen dem Eintrittspunkt (222) und dem Austrittspunkt (228) bestimmt ist, und optional, wobei die Kontur (220) in der Orientierungsebene (203) liegt.
- Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei der Eintrittspunkt (222) durch einen stromabwärtigen Schnittpunkt zwischen der longitudinalen Projektionslinie (202) und einer Öffnungskontur (210a) der Öffnung (210) bestimmt ist, wobei der Austrittspunkt (228) durch einen stromaufwärtigen Schnittpunkt zwischen der longitudinalen Projektionslinie (202) und der Öffnungskontur (210a) bestimmt ist, und wobei der Wechselpunkt (224) den tiefsten Punkt der Kontur (220) relativ zur longitudinalen Projektionslinie (202) darstellt.
- Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeinem der Ansprüche 6 oder 7, wobei zwischen dem Eintrittspunkt (222) und dem Wechselpunkt (224) ein erster Konturabschnitt (220a) mit einem variablen Winkel (α') und zwischen dem Wechselpunkt (224) und dem Austrittspunkt (228) ein zweiter Konturabschnitt (220b) mit einem variablen Winkel (β') ausgebildet ist und optional, wobei sich (α') von (α')=(α) am Eintrittspunkt (222) zu (α')=180° am Wechselpunkt (224) derart verändert, dass der Verlauf des ersten Konturabschnitts (220a) vom Eintrittspunkt (222) zum Wechselpunkt (224) keine Sprünge oder Knicke aufweist und (α') zumindest nicht kleiner wird.
- Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei sich (β)' von (β)'=180° am Wechselpunkt (224) zu (β)'=(β) am Austrittspunkt (228) derart verändert, dass der Verlauf des zweiten Konturabschnitts (220b) vom Wechselpunkt (224) zum Austrittspunkt (228) keine Sprünge oder Knicke aufweist und (β)' zumindest nicht größer wird.
- Verdichter (300) für eine Aufladevorrichtung (400) umfassend:ein Verdichtergehäuse (310), das einen Verdichtereinlass (312) mit einem Einlassquerschnitt (312a) und einen Verdichterauslass (314) definiert;ein Verdichterrad (320), das zwischen dem Verdichtereinlass (312) und dem Verdichterauslass (314) drehbar in dem Verdichtergehäuse (310) angeordnet ist; undeine Strömungsmodifiziereinrichtung (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche.
- Verdichter (300) nach Anspruch 10, weiterhin umfassend einen Verstellmechanismus (100) mit mehreren Blendenelementen (110) zum Verändern des Einlassquerschnitts (312a) und optional,
wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150) stromabwärts der Blendenelemente (110) angeordnet ist. - Verdichter (300) nach irgendeinem der Ansprüche 10 oder 11, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150) integral mit dem Verdichtergehäuse (310) gefertigt ist oder als separates Bauteil gefertigt ist.
- Verdichter (300) nach irgendeinem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150) mehrteilig aufgebaut ist und mehrere Unterteilungsabschnitte (157) in Umfangsrichtung (26) und/oder mehrere Unterteilungsabschnitte (159) in axialer Richtung (22) umfasst.
- Verdichter (300) nach irgendeinem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der zylindrische Gehäuseabschnitt (150), wenn dieser als separates Teil ausgebildet ist, von dem Verdichtereinlass (312) in axialer Richtung (22) zu dem Verdichterauslass (314) oder in entgegengesetzter axialer Richtung (22) in das Verdichtergehäuse (310) einsetzbar ist.
- Aufladevorrichtung (400) umfassend:
eine Antriebseinheit (410) und einen Verdichter (300) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aufladevorrichtung (400) eine Welle (420) umfasst, über die der Verdichter (300) und die Antriebseinheit (410) drehfest miteinander gekoppelt sind.
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