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WO2020126512A1 - Radial compressor inlet recirculation with porous material - Google Patents

Radial compressor inlet recirculation with porous material Download PDF

Info

Publication number
WO2020126512A1
WO2020126512A1 PCT/EP2019/083722 EP2019083722W WO2020126512A1 WO 2020126512 A1 WO2020126512 A1 WO 2020126512A1 EP 2019083722 W EP2019083722 W EP 2019083722W WO 2020126512 A1 WO2020126512 A1 WO 2020126512A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
compressor
air
compressor wheel
radial
porous material
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/083722
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Mathias BOGNER
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vitesco Technologies GmbH filed Critical Vitesco Technologies GmbH
Publication of WO2020126512A1 publication Critical patent/WO2020126512A1/en

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/4213Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps suction ports
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/023Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/66Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/68Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
    • F04D29/681Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/685Inducing localised fluid recirculation in the stator-rotor interface
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/32Engines with pumps other than of reciprocating-piston type
    • F02B33/34Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps
    • F02B33/40Engines with pumps other than of reciprocating-piston type with rotary pumps of non-positive-displacement type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02B39/00Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/08Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
    • F02B39/10Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio electric
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/514Porosity
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a radial compressor for a charging device of an internal combustion engine, which in the air supply channel of the compressor housing
  • Radial compressor is formed.
  • these charging devices have a radial compressor which has a compressor housing and a compressor wheel which is accommodated therein and has a blading and is rotatably mounted about the compressor axis.
  • Compressor housing has an air supply duct, which in the direction of
  • Compressor axis runs towards the axial end of the compressor wheel. An air mass flow is drawn in by the compressor wheel via this air supply duct.
  • the compressor housing generally has a spiral channel which is arranged in a ring around the compressor wheel and extends in a helical fashion away from the compressor wheel.
  • This spiral channel has a gap opening which extends at least over part of the inner circumference and has a defined gap width, the so-called diffuser, which extends in the radial direction from the outer circumference of the
  • the radial inner contour of the air supply duct or the compressor housing follows the area between the air supply duct and the diffuser Outer contour of the compressor wheel accommodated in it. This area of the inner contour of the compressor housing is referred to as the compressor sealing contour and causes the air mass flow to flow through the air as completely as possible
  • a specific example of such a supercharger with a radial compressor is an exhaust gas turbocharger that uses the energy contained in the exhaust gas stream to generate the pressure in the intake tract.
  • the exhaust gas turbocharger has an exhaust gas turbine arranged in the exhaust gas tract of the internal combustion engine, one in the intake tract
  • the exhaust gas turbine has a turbine housing and a turbine impeller arranged therein and driven by the exhaust gas mass flow.
  • the turbine impeller and the compressor wheel are arranged on the opposite ends of a common shaft, the so-called rotor shaft, in a rotationally fixed manner and thus form the so-called turbocharger rotor, the rotor shaft being rotatably and radially axially supported in the rotor bearing with respect to the rotor shaft axis.
  • the turbine impeller driven by the exhaust gas mass flow drives the compressor wheel via the rotor shaft, as a result of which the pressure in the intake tract of the
  • electromotive drive unit can be used.
  • Charging device is also referred to as a so-called e-booster, e-charger, electrically driven compressor (EAV) or electric compressor for short.
  • EAV electrically driven compressor
  • a mechanical coupling to the internal combustion engine, for example via an intermediate gear, can also be used to drive the radial compressor.
  • the radial compressor is characterized in its operating behavior by a so-called compressor map, which shows the pressure build-up over the mass flow rate for different compressor speeds or peripheral speeds
  • a stable and usable characteristic map of the radial compressor is limited by the so-called surge limit to low throughputs, by the so-called stuffing limit to higher throughputs, and structurally by the maximum speed limit.
  • a radial compressor is also used for the internal combustion engine compressor map selected as cheap as possible.
  • Measures for example, in the use of adjustable blade guiding devices, in variable devices for reducing the inlet cross-section or in the fixed arrangement of recirculation channels, also known as “ported shroud” or “map stabilizing measure”.
  • a recirculation channel as is known, for example, from DE 10 2008 047 506 A1, is a passive channel, ie one that cannot be changed during operation
  • Such a recirculation channel consists of an annular one in the region of the air supply channel of the compressor housing, which runs in a ring shape
  • Compressor wheel inlet arranged and in the direction of the compressor axis over the compressor wheel inlet plane, which is in the area of the inlet edge of the
  • Impeller blading lies, extending bypass channel, which has a circumferential, so-called recirculation slot and a circumferential, so-called blow-off slot.
  • the bypass channel opens via the recirculation slot, upstream of the
  • Compressor wheel entry level, in the air supply channel and via the blow-off slot is the bypass channel with an area of the air supply channel, downstream of the compressor wheel entry level, that is, already in the area of the sealing contour of the
  • Air supply channel or in the area of the blading of the compressor wheel connected.
  • air can flow back from the area of the sealing contour via the recirculation channel into the air supply channel upstream of the compressor wheel entry level.
  • the effective mass flow at the compressor wheel inlet increases, the flow to the blades improves and the compressor flow stabilizes.
  • the recirculation channel is constructed externally through the wall of the
  • Air supply duct of the compressor housing is limited and usually internally by an annular or tubular wall, which is supported or connected to the wall of the air supply duct via radial webs.
  • the webs can be streamlined in order not to negatively influence the recirculating flow or even to specifically influence the swirl angle of the flow.
  • Compressor housing the production of which usually causes a not inconsiderable additional effort.
  • the present invention is therefore based on the object
  • a radial compressor for a supercharging device of an internal combustion engine, the radial compressor having at least the following components:
  • a compressor wheel mounted in a compressor housing, rotatable about a compressor axis, with a compressor wheel inlet cross section arranged perpendicular to the compressor axis and lying in a compressor wheel inlet plane, the compressor wheel inlet plane being the plane perpendicular to the compressor wheel axis, in which the radially outer regions of the inlet edges of the blading of the compressor wheel lie ;
  • Air mass flow in the direction of the compressor axis which has an inner circumference and adjoins the compressor wheel on the compressor housing in relation to the air mass flow upstream, the above-mentioned compressor wheel inlet cross section being provided, through the projection area of the compressor wheel circumference in the region of the radially outer ends of the inlet edges of the blading the compressor wheel on the compressor wheel inlet plane;
  • a recirculation device arranged in the air supply duct in the area of the compressor wheel inlet plane.
  • the recirculation device is characterized in that it has a material arrangement of an air-permeable, porous material that runs around the inside of the air supply channel and extends in the direction of flow of the air mass flow (LM) from an area upstream to an area downstream of the compressor wheel inlet plane.
  • LM air mass flow
  • Electric motor motor is designed as a drive unit, which has a radial compressor with at least the features according to the aforementioned configuration and, if appropriate, further features of the embodiments described below
  • the embodiment of the recirculation channel according to the invention has particular advantages with regard to the manufacture and assembly of the components required for the design. This can be done on the inner circumference of the air supply duct Circumferential material arrangement of an air-permeable, porous material as a simple sleeve or tubular component made of an air-permeable, porous material separately and inserted into the air supply channel. A simple press, adhesive or welded connection is available for fixation. Furthermore, there are advantages due to the simple design of the
  • Compressor housing in the area of the air supply duct since, for example, no complex casting cores for designing the cavities in the duct wall and no complicated reworking are required.
  • There are also advantages in terms of acoustics since there is no need for webs, ribs, blades, etc., which may be required for support at the edge of the channel and which, in conjunction with the air flow, can cause noise.
  • FIG. 1 An inventive design of a radial compressor in
  • FIGS. 2 to 4 further designs of radial compressors according to the invention in the same representation as FIG. 1; such as
  • Fig. 6 is an illustration of a charging device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a radial compressor 30 in schematically simplified
  • the radial compressor 30 shown has a compressor housing 31 and a compressor wheel 13, which is accommodated therein and is rotatably mounted about the compressor axis 2 by means of a rotor shaft 10 and has a compressor blading 131.
  • the compressor wheel 13 has a compressor wheel inlet cross section 15, which is arranged perpendicular to the compressor axis 2 and lies in a compressor wheel inlet plane 14 and characterizes the compressor wheel inlet 16.
  • the compressor wheel inlet plane 14 is the plane lying perpendicular to the compressor wheel axis 2, in which the radially outer regions or the outer corners of the inlet edges 132 of the compressor blades 131 of the compressor wheel 13 lie.
  • the compressor housing has an air supply duct 35 with an intake manifold connecting piece 37, the air supply duct 35 having an inner circumference 35a and in the direction of the compressor axis 2 towards the axial end of the
  • Compressor wheel 13 runs and connects upstream of the compressor housing 31 with respect to the air mass flow (LM) to the compressor wheel (13).
  • the compressor housing 31 generally has a spiral channel 32 which is arranged in a ring around the compressor wheel 13 and widens away from the compressor wheel 13 in a helical manner.
  • This spiral channel 32 has an at least part of its inner circumference running annular channel opening with a defined channel width, the so-called diffuser 33, which in the radial direction from
  • the outer periphery of the compressor wheel 13 extends away into the spiral channel 32 and through which the air mass flow LM flows away from the compressor wheel 13 under increased pressure into the spiral channel 32. Over the area between
  • Compressor housing 31 is referred to as a compressor sealing contour 34 and causes the air mass flow LM to flow as completely as possible through the compressor blades 13a of the compressor wheel 13 and not past it.
  • the compressor housing 31 is on its back facing away from the air supply duct 35 (on the right in the illustration in FIG. 1) with a compressor housing rear wall 31 a, which can at the same time be part of a connected bearing or drive housing.
  • An air mass flow LM is sucked in by the compressor wheel 13 via the air supply channel 35, which flows from the air supply channel 35 via the compressor wheel inlet 16, through the compressor blading 13a and the diffuser 33 into the spiral channel 32 and is thereby compressed to a higher pressure.
  • a recirculation device 50 is arranged in the area and upstream of the compressor wheel entry plane 14 of the compressor wheel 13 or in the area of the compressor wheel inlet 16.
  • the recirculation device 50 is characterized in that it comprises a material arrangement 51 which runs in a ring on the inner circumference 35a of the air supply channel 35
  • the material arrangement 51 When viewed in isolation from the compressor housing 31, the material arrangement 51 represents a simple sleeve-shaped or tubular component which can be prefabricated in this form and inserted into the air supply duct.
  • the radial compressor 30 is further characterized in that the recirculation device 50 is a clear one
  • Tube inner cross section 50a is formed, which corresponds to the compressor wheel inlet cross section 15. As a result, the cross-sectional area of the
  • Compressor wheel inlet cross section 15 and the air mass flow LM flowing through it are not restricted and the entire compressor wheel inlet cross section 15 is flowed evenly by the sucked air mass, which has a positive effect on the swallowing capacity of the compressor wheel 13.
  • this embodiment of the radial compressor 30 is characterized in that the inner circumference 35a of the air supply duct 35 corresponds to the outer circumference 50b of the recirculation device 50. It is thereby achieved that the assembly of the material arrangement 51 can be carried out in a simple manner by pushing it into the air supply duct 35.
  • This can be achieved, for example, in that a preformed tubular component made of the porous, air-permeable material 52 is not inserted into the air supply channel 35 as far as the stop on the connection shoulder 38, but is already fixed in a position in front of it, so that the said one Air gap is formed. This enables a targeted introduction or
  • Discharging the recirculation air mass flow through the porous material 52 thus increases the throughput and improves the effectiveness of the map-stabilizing measure.
  • FIG. 3 A further embodiment of the radial compressor 30 according to the invention is shown in FIG. 3, in a representation analogous to FIG. 1 and FIG. 2. The one shown
  • Radial compressor 30 is a further development of the aforementioned
  • Embodiments characterized in that the material arrangement 51 of the air-permeable, porous material 52 radially inwards, that is to say
  • Compressor axis 2 out is delimited by a tube wall 58, which consists of a non-porous material, here a clear tube inner cross section 50a is formed by the tube wall 58, which corresponds to the compressor wheel inlet cross section 15.
  • the tube wall 58 can be designed, for example, as a tube sleeve made of sheet metal, which is connected to the porous material 52, for example by an interference fit, an adhesive connection or also by direct pressing or foaming of the porous material onto the sheet metal sleeve as a support component. It is also within the scope of the invention if the tube wall 58 is formed by the porous material itself, a closed skin being formed, for example, in the edge region of the porous material in the manufacturing process, as is the case with various foamed materials.
  • the tube wall 58 initially has a stabilizing effect for the tubular component consisting of the porous material 52 and brings about a flow of the recirculation air mass flow through the porous material 52 which is better directed in the axial direction by an air outlet from the porous material 52 into the Air intake duct 35, in the radial direction and possibly over a larger part of the axial component extension, is prevented.
  • a further development of the previously described embodiment of the radial compressor 30 is characterized in that the tube wall 58 is carried solely by the porous material 52.
  • a component consisting of the porous material 52 and the tube wall 58 can be designed as a composite component, in which the tube wall 58 and the porous material 52 are firmly connected to one another. In such an embodiment, there is no need for fastening webs for fastening or supporting the tube wall 58 on the compressor housing 31. This results in a structurally simplified structure and at the same time one
  • a further development of the radial compressor 30 with tube wall 58 on the inside is characterized in that the tube wall 58, in order to form a blow-off slot 54, in the area , in the flow direction of the air mass flow LM downstream, ie behind the compressor wheel inlet plane 14, is shortened compared to the porous material arrangement or at least has a recess.
  • a further development of the radial compressor 30 with tube wall 58 on the inside, as can be seen in FIG. 3, as previously described with reference to FIG. 3, is characterized in that the tube wall 58, in order to form a recirculation slot 56, in one facing away from the compressor wheel 13
  • an axial end face of the material arrangement 51 of the porous material 52 not or not completely limited.
  • the axial end face is only partially, ie not completely, covered by the tube wall 58.
  • an embodiment of the radial compressor is shown in FIG. 4, in which to form a recirculation slot 56, in an end region of the recirculation device 50 facing away from the compressor wheel 13, the tube wall 58 into an axial region of the inner circumference of the porous material arrangement 51 over the inner circumference has circumferential recess 56a
  • Recirculation air mass flow a locally defined inflow or
  • Recirculation device 50 brings about a further improvement in the flow-stabilizing effect.
  • a further embodiment of the radial compressor 30 according to the invention is characterized in that the air-permeable, porous material 52 has anisotropic properties with respect to its air-permeability, such that the
  • Air permeability is only given in the direction of the compressor axis 2 or is at least greater in the direction of the compressor axis 2 than in the circumferential direction of the rotating material arrangement 51. This is the case, for example, if the air-permeable porous material 52 has a honeycomb structure 60 with in
  • Honeycomb channels 60a which run in the axial direction and are open at the end. This results in an axially directed flow of the recirculation air mass flow and an improved stabilization of the compressor map.
  • Radial compressor 30 has an air-permeable, porous material 52
  • Sintered structure a honeycomb structure 60, a wire mesh structure or an open-pore foam structure 62, the foam structure 62 being a
  • Foamed metallic material such as an aluminum foam, or a thermoplastic or thermosetting plastic foam. All of these structures are shown in FIGS. 1 to 4 by the cross hatching Material arrangement 51 symbolizes. 5 shows a honeycomb structure 60 with open honeycomb channels 60a (view a)) and an open-pore one
  • Structures are readily available on the market and can be formed into preformed workpieces. This enables a structurally simple and inexpensive design.
  • FIG. 6 shows, highly schematized, a supercharging device 100 for an internal combustion engine (not shown), which is characterized in that the supercharging device 100 as an exhaust gas turbocharger with an exhaust gas turbine 22
  • Air supply channel 35 which extends in the flow direction of the air mass flow LM from an area upstream to an area downstream of the
  • Compressor wheel entry plane 14 extends.
  • a drive unit 20 is connected via the compressor housing rear wall 31 a.
  • the drive unit 20 generally has a bearing unit 21 for the rotor shaft 10, which is only indicated here.
  • the drive unit 20 optionally has an exhaust gas turbine 22 or an electric motor 23, also only shown here, which are connected to the rotor shaft and via this the compressor wheel 13 of the
  • a radial compressor 30 for a supercharging device 100 of an internal combustion engine and a corresponding one
  • the radial compressor 30 has a compressor wheel 13 rotatably mounted in a compressor housing 31 about a compressor axis 2, with a compressor wheel inlet plane 14, an air supply channel 35 for supplying the compressor wheel 13 with an air mass flow LM and one in the air supply channel 35 in the area of the ver - Dichterradeinschlußebene 14 arranged recirculation device 50, for
  • the recirculation device 50 is characterized in that it has an annular shape on the inner circumference of the
  • the charging device is designed as an exhaust gas turbocharger or as an electric motor-driven compressor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

The invention relates to a radial compressor (30) for a charging device (100) of an internal combustion engine and to a corresponding charging device (100) comprising such a radial compressor (30). The radial compressor (30) has a compressor wheel (13) mounted in a compressor housing (31) in a rotatable manner about a compressor axis (2), comprising a compressor wheel inlet plane (14), an air supply channel (35) for supplying the compressor wheel (13) with an air mass flow (LM), and a recirculation device (50) which is arranged in the air supply channel (35) in the region of the compressor wheel inlet plane (14) for stabilizing the compressor characteristic field. The recirculation device (50) is characterized by having a circular arrangement (51) of an air-permeable porous material (52) on the inner circumference of the air supply channel (35). The charging device is designed as a turbocharger or an electric motor-driven compressor.

Description

Beschreibung description
RADIALVERDICHTER-EINLASSREZIRKULATION MIT PORÖSEM MATERIAL RADIAL COMPRESSOR INLET RECIRCULATION WITH POROUS MATERIAL
Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter für eine Aufladevorrichtung einer Brennkraftmaschine, der im Luft-Zuführkanal des Verdichtergehäuses eine The invention relates to a radial compressor for a charging device of an internal combustion engine, which in the air supply channel of the compressor housing
Einrichtung zur Kennfeldstabilisierung aufweist, sowie eine Aufladevorrichtung, die als Abgasturbolader oder als Elektro-Verdichter mit einem entsprechenden Has device for map stabilization, and a charging device, which as an exhaust gas turbocharger or as an electric compressor with a corresponding
Radialverdichter ausgebildet ist. Radial compressor is formed.
Aufladevorrichtungen werden vermehrt zur Leistungssteigerung bei Chargers are increasingly used to increase performance
Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren eingesetzt. Dies geschieht immer häufiger mit dem Ziel, den Verbrennungsmotor bei gleicher oder gar gesteigerter Leistung in Baugröße und Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig den Verbrauch und somit den C02-Ausstoß, im Hinblick auf immer strenger werdende gesetzliche Vorgaben diesbezüglich, zu verringern. Das Wirkprinzip besteht darin, den Druck im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu erhöhen und so eine bessere Befüllung eines Brennraumes des Internal combustion engines, particularly used in motor vehicle internal combustion engines. This is happening more and more frequently with the aim of reducing the size and weight of the internal combustion engine with the same or even increased output, and at the same time reducing consumption and thus C02 emissions, in view of increasingly stringent legal requirements in this regard. The principle of action is to increase the pressure in the intake tract of the internal combustion engine and thus better fill a combustion chamber
Verbrennungsmotors mit Luft-Sauerstoff zu bewirken. Somit kann mehr Treibstoff, wie Benzin oder Diesel, pro Verbrennungsvorgang umgesetzt werden, also die Leistung des Verbrennungsmotors erhöht werden. To effect internal combustion engine with air-oxygen. This means that more fuel, such as petrol or diesel, can be converted per combustion process, i.e. the performance of the internal combustion engine can be increased.
Häufig weisen diese Aufladevorrichtungen einen Radialverdichter auf, der ein Verdichtergehäuse und ein darin aufgenommenes, um die Verdichterachse drehbar gelagertes, eine Beschaufelung aufweisendes Verdichterrad aufweist. Das Frequently, these charging devices have a radial compressor which has a compressor housing and a compressor wheel which is accommodated therein and has a blading and is rotatably mounted about the compressor axis. The
Verdichtergehäuse weist einen Luft-Zuführkanal auf, der in Richtung der Compressor housing has an air supply duct, which in the direction of
Verdichterachse auf das axiale Ende des Verdichterrades zu verläuft. Über diesen Luft-Zuführkanal wird ein Luftmassenstrom vom Verdichterrad angesaugt. Compressor axis runs towards the axial end of the compressor wheel. An air mass flow is drawn in by the compressor wheel via this air supply duct.
Weiterhin weist das Verdichtergehäuse in der Regel einen, ringförmig um das Verdichterrad angeordneten, sich schneckenförmig vom Verdichterrad weg erweiternden Spiralkanal auf. Dieser Spiralkanal weist eine zumindest über einen Teil des Innenumfanges verlaufende Spaltöffnung mit definierter Spaltbreite, den sogenannten Diffusor auf, der in radialer Richtung vom Außenumfang des Furthermore, the compressor housing generally has a spiral channel which is arranged in a ring around the compressor wheel and extends in a helical fashion away from the compressor wheel. This spiral channel has a gap opening which extends at least over part of the inner circumference and has a defined gap width, the so-called diffuser, which extends in the radial direction from the outer circumference of the
Verdichterrades weg gerichtet in den Spiralkanal hinein verläuft und durch den der Luftmassenstrom vom Verdichterrad weg unter erhöhtem Druck in den Spiralkanal strömt. Über den Bereich zwischen Luft-Zuführkanal und Diffusor hinweg, folgt die radiale Innenkontur des Luft-Zuführkanals bzw. des Verdichtergehäuses der Außenkontur des darin aufgenommenen Verdichterrades. Dieser Bereich der Innenkontur des Verdichtergehäuses wird als Verdichter-Dichtkontur bezeichnet und bewirkt, dass der Luftmassenstrom möglichst vollständig durch die Compressor wheel directed away into the spiral duct and through which the air mass flow flows away from the compressor wheel under increased pressure into the spiral duct. The radial inner contour of the air supply duct or the compressor housing follows the area between the air supply duct and the diffuser Outer contour of the compressor wheel accommodated in it. This area of the inner contour of the compressor housing is referred to as the compressor sealing contour and causes the air mass flow to flow through the air as completely as possible
Beschaufelung des Verdichterrades strömt und nicht daran vorbei. Blading of the compressor wheel flows and does not pass it.
Ein spezielles Beispiel einer solchen Aufladevorrichtung mit Radialverdichter ist ein Abgasturbolader, der die im Abgasstrom enthaltene Energie nutzt, um den Druck im Ansaugtrakt zu erzeugen. Dazu weist der Abgasturbolader eine im Abgastrakt des Verbrennungsmotors angeordnete Abgasturbine, einen im Ansaugtrakt A specific example of such a supercharger with a radial compressor is an exhaust gas turbocharger that uses the energy contained in the exhaust gas stream to generate the pressure in the intake tract. For this purpose, the exhaust gas turbocharger has an exhaust gas turbine arranged in the exhaust gas tract of the internal combustion engine, one in the intake tract
angeordneten Radialverdichter und ein dazwischen angeordnetes Läuferlager auf. Die Abgasturbine weist ein Turbinengehäuse und ein darin angeordnetes, durch den Abgasmassenstrom angetriebenes Turbinenlaufrad auf. Das Turbinenlaufrad und das Verdichterrad sind auf den sich gegenüberliegenden Enden einer gemeinsamen Welle, der sogenannten Läuferwelle, drehfest angeordnet und bilden so den sogenannten Turboladerläufer, wobei die Läuferwelle im Läuferlager in Bezug auf die Läuferwellenachse, radial und axial drehgelagert ist. Gemäß diesem Aufbau treibt das vom Abgasmassenstrom angetriebene Turbinenlaufrad über die Läuferwelle das Verdichterrad an, wodurch der Druck im Ansaugtrakt des arranged radial compressor and an intermediate rotor bearing. The exhaust gas turbine has a turbine housing and a turbine impeller arranged therein and driven by the exhaust gas mass flow. The turbine impeller and the compressor wheel are arranged on the opposite ends of a common shaft, the so-called rotor shaft, in a rotationally fixed manner and thus form the so-called turbocharger rotor, the rotor shaft being rotatably and radially axially supported in the rotor bearing with respect to the rotor shaft axis. According to this construction, the turbine impeller driven by the exhaust gas mass flow drives the compressor wheel via the rotor shaft, as a result of which the pressure in the intake tract of the
Verbrennungsmotors, bezogen auf den Frischluftmassenstrom hinter dem Internal combustion engine, based on the fresh air mass flow behind the
Radialverdichter, erhöht und dadurch eine bessere Befüllung des Brennraumes mit Luft-Sauerstoff bewirkt wird. Radial compressor, increased and thereby a better filling of the combustion chamber with air-oxygen is effected.
Alternativ kann bei einer solchen Aufladevorrichtung zum Antrieb des Alternatively, in such a charging device for driving the
Radialverdichters statt einer Abgasturbine auch zum Beispiel eine Radial compressor instead of an exhaust gas turbine, for example one
elektromotorische Antriebseinheit eingesetzt werden. Eine solche electromotive drive unit can be used. Such
Aufladevorrichtung wird auch als sogenannter E-Booster, E-Lader, elektrisch angetriebener Verdichter (EAV) oder kurz Elektro-Verdichter bezeichnet. Aber auch eine mechanische Kopplung mit dem Verbrennungsmotor, beispielsweise über ein Zwischengetriebe, kann zum Antrieb des Radialverdichters genutzt werden. Charging device is also referred to as a so-called e-booster, e-charger, electrically driven compressor (EAV) or electric compressor for short. A mechanical coupling to the internal combustion engine, for example via an intermediate gear, can also be used to drive the radial compressor.
Der Radialverdichter ist in seinem Betriebsverhalten charakterisiert durch ein sogenanntes Verdichterkennfeld, das den Druckaufbau über den Massendurchsatz für verschiedene Verdichterdrehzahlen oder Umfangsgeschwindigkeiten The radial compressor is characterized in its operating behavior by a so-called compressor map, which shows the pressure build-up over the mass flow rate for different compressor speeds or peripheral speeds
beschreibt. Ein stabiles und nutzbares Kennfeld des Radialverdichters wird begrenzt durch die sogenannte Pumpgrenze hin zu niedrigen Durchsätzen, durch die sogenannte Stopfgrenze hin zu höheren Durchsätzen, und strukturmechanisch durch die maximale Drehzahlgrenze. Beim Anpassen eines Abgasturboladers an einen Verbrennungsmotor wird ein Radialverdichter mit für den Verbrennungsmotor möglichst günstigem Verdichterkennfeld ausgewählt. Die Erfüllung der describes. A stable and usable characteristic map of the radial compressor is limited by the so-called surge limit to low throughputs, by the so-called stuffing limit to higher throughputs, and structurally by the maximum speed limit. When adapting an exhaust gas turbocharger to an internal combustion engine, a radial compressor is also used for the internal combustion engine compressor map selected as cheap as possible. The fulfillment of the
gewünschten Betriebsparameter führt dabei häufig zu Zielkonflikten, da diese sich zum Teil gegenläufig beeinflussen. The desired operating parameters often lead to conflicting goals, as these sometimes have opposite effects.
Die genannten Zielkonflikte könnten durch ein Verdichter-Design gelöst werden, das ein breites Kennfeld bei minimalem Trägheitsmoment sowie maximale The conflicting goals mentioned could be solved by a compressor design that has a wide map with minimum moment of inertia and maximum
Wirkungsgrade auf der Volllastlinie des Motors aufweist. Efficiency on the full load line of the engine.
Zur Erweiterung bzw. zur zeitweisen Verschiebung des Verdichterkennfeldes stehen verschieden, aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahmen zur Verfügung. Mit Einschränkung auf den Verdichtereinlass bestehen diese Various measures known from the prior art are available for expanding or temporarily shifting the compressor map. These exist with restriction to the compressor inlet
Maßnahmen zum Beispiel im Einsatz von verstellbaren Schaufel-Vorleitapparaten, in variablen Vorrichtungen zur Reduktion des Einlassquerschnitts oder in der festen Anordnung von Rezirkulationskanälen, auch bekannt als„Ported Shroud“ bzw. „kennfeldstabilisierende Maßnahme“. Measures, for example, in the use of adjustable blade guiding devices, in variable devices for reducing the inlet cross-section or in the fixed arrangement of recirculation channels, also known as "ported shroud" or "map stabilizing measure".
Bei einem Rezirkulationskanal, wie zum Beispiel aus DE 10 2008 047 506 A1 bekannt, handelt es sich um eine passive, also im Betrieb unveränderliche A recirculation channel, as is known, for example, from DE 10 2008 047 506 A1, is a passive channel, ie one that cannot be changed during operation
Maßnahme, die keine zusätzliche Betätigung erfordert. Er verbreitert und stabilisiert den nutzbaren Kennfeldbereich des Radialverdichters ohne dessen Kennfeld grundsätzlich zu verschieben und stellt im Vergleich zu den genannten variablen Vorleitapparaten und den variablen Vorrichtungen zur Querschnittsreduktion eine deutlich günstigere, wenn auch ggf. weniger effiziente Lösung dar, die dennoch in vielen Fällen ausreicht. Measure that does not require additional actuation. It widens and stabilizes the usable map area of the centrifugal compressor without fundamentally shifting its map and represents a significantly cheaper, if less efficient, solution in comparison to the variable flow control devices and the variable devices for reducing the cross-section, which is nevertheless sufficient in many cases.
Ein solcher Rezirkulationskanal besteht aus einem ringförmig in der Wandung des Luft-Zuführkanals des Verdichtergehäuses umlaufenden, im Bereich des Such a recirculation channel consists of an annular one in the region of the air supply channel of the compressor housing, which runs in a ring shape
Verdichterrad-Einlasses angeordneten und in Richtung der Verdichterachse über die Verdichterradeintrittsebene, die im Bereich der Eintrittskannten der Compressor wheel inlet arranged and in the direction of the compressor axis over the compressor wheel inlet plane, which is in the area of the inlet edge of the
Laufradbeschaufelung liegt, hinweg verlaufenden Bypasskanal, der einen umlaufenden, sogenannten Rezirkulationsschlitz und einen umlaufenden, sogenannten Abblasschlitz aufweist. Mit Bezug auf den Luftmassenstrom mündet der Bypasskanal über den Rezirkulationsschlitz, stromaufwärts der Impeller blading lies, extending bypass channel, which has a circumferential, so-called recirculation slot and a circumferential, so-called blow-off slot. With respect to the air mass flow, the bypass channel opens via the recirculation slot, upstream of the
Verdichterradeintrittsebene, in den Luft-Zuführkanal und über den Abblasschlitz ist der Bypasskanal mit einem Bereich des Luft-Zuführkanals, stromabwärts der Verdichterradeintrittsebene, also bereits im Bereich der Dichtkontur des Compressor wheel entry level, in the air supply channel and via the blow-off slot is the bypass channel with an area of the air supply channel, downstream of the compressor wheel entry level, that is, already in the area of the sealing contour of the
Luft-Zuführkanals bzw. im Bereich der Beschaufelung des Verdichterrades, verbunden. Im Verdichterbetrieb nahe der Pumpgrenze kann Luft aus dem Bereich der Dichtkontur über den Rezirkulationskanal in den Luft-Zuführkanal stromaufwärts der Verdichterradeintrittsebene zurückströmen. Dadurch steigt der effektive Massenstrom am Verdichterradeinlass, die Anströmung der Beschaufelung verbessert sich und die Verdichterströmung stabilisiert sich. Air supply channel or in the area of the blading of the compressor wheel, connected. When the compressor is operating near the surge limit, air can flow back from the area of the sealing contour via the recirculation channel into the air supply channel upstream of the compressor wheel entry level. As a result, the effective mass flow at the compressor wheel inlet increases, the flow to the blades improves and the compressor flow stabilizes.
Bei Verdichterbetrieb im Bestpunkt, also in der Mitte des Verdichterkennfeldes, strömt keine Luft durch den Rezirkulationskanal. Beim Verdichterbetrieb an der Stopfgrenze saugt das Verdichterrad zusätzliche Luft durch den When the compressor is operating at the best point, i.e. in the middle of the compressor map, no air flows through the recirculation channel. During compressor operation at the stuffing limit, the compressor wheel sucks additional air through the
Rezirkulationskanal aus dem Luft-Zuführkanal stromaufwärts der Recirculation duct from the air supply duct upstream of the
Verdichterradeintrittsebene in den Bereich der Dichtkontur an. Dadurch wird die sogenannte„Throat-Area“ am Verdichterradeinlass von einem Teil des Compressor wheel entry level in the area of the sealing contour. As a result, the so-called “throat area” at the compressor wheel inlet is covered by part of the
Luftmassenstroms umgangen und der maximale Massenstrom durch den Bypassed air mass flow and the maximum mass flow through the
Verdichter steigt. Der Anteil des Luftmassenstromes der im Betreib, egal in welcher Richtung, durch den Rezirkulationskanal strömt, wird im Weiteren auch als Compressor rises. The proportion of the air mass flow that flows through the recirculation channel in operation, no matter in which direction, is also referred to as
Rezirkulations-Luftmassenstrom bezeichnet. Recirculated air mass flow.
Konstruktiv wird der Rezirkulationskanal außen durch die Wandung des The recirculation channel is constructed externally through the wall of the
Luft-Zuführkanals des Verdichtergehäuses begrenzt und innen üblicherweise durch eine ring- bzw. rohrförmige Wandung, die sich über radiale Stege nach außen an der Wandung des Luft-Zuführkanals abstützt bzw. damit verbunden ist. Die Stege können stromlinienförmig ausgebildet sein um die rezirkulierende Strömung nicht negativ zu beeinflussen bzw. sogar gezielt den Drallwinkel der Strömung zu beeinflussen. Zusammen mit der Anordnung von Rezirkulationsschlitz und Air supply duct of the compressor housing is limited and usually internally by an annular or tubular wall, which is supported or connected to the wall of the air supply duct via radial webs. The webs can be streamlined in order not to negatively influence the recirculating flow or even to specifically influence the swirl angle of the flow. Along with the arrangement of recirculation slot and
Abblasschlitz ergibt sich daraus eine komplexe Innengeometrie des Exhaust slot results in a complex internal geometry of the
Verdichtergehäuses, deren Herstellung in der Regel einen nicht unerheblichen Mehraufwand verursacht. Compressor housing, the production of which usually causes a not inconsiderable additional effort.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen The present invention is therefore based on the object
Radialverdichter und eine Aufladevorrichtung für eine Brennkraftmaschine anzugeben, die eine kennfeldstabilisierende Einrichtung nach Art eines Specify radial compressor and a charging device for an internal combustion engine, which a map-stabilizing device like a
Rezirkulationskanals aufweisen, jedoch, gegenüber bestehenden Lösungen, konstruktiv einfacher und kostengünstiger zu realisieren sind. Show recirculation channel, but, compared to existing solutions, are structurally simpler and less expensive to implement.
Diese Aufgabe wird durch einen Radialverdichter und eine Aufladevorrichtung mit den Merkmalen gemäß der unabhängigen Patentansprüche This object is achieved by a radial compressor and a charging device with the features according to the independent claims
gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sofern sie sich nicht gegenseitig solved. Advantageous training and further education, which individually or in combination can be used together, provided they are not mutually exclusive
ausschließen, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. exclude are the subject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird ein Radialverdichter für eine Aufladevorrichtung einer Brennkraftmaschine angegeben, wobei der Radialverdichter zumindest folgende Komponenten aufweist: According to the invention, a radial compressor is specified for a supercharging device of an internal combustion engine, the radial compressor having at least the following components:
- Ein in einem Verdichtergehäuse, um eine Verdichterachse drehbar gelagertes Verdichterrad, mit einem senkrecht zur Verdichterachse angeordneten, in einer Verdichterradeintrittsebene liegenden Verdichterradeintrittsquerschnitt, wobei die Verdichterradeintrittsebene die senkrecht zur Verdichterradachse liegende Ebene ist, in der die radial äußeren Bereiche der Eintrittskanten der Beschaufelung des Verdichterrades liegen; - A compressor wheel mounted in a compressor housing, rotatable about a compressor axis, with a compressor wheel inlet cross section arranged perpendicular to the compressor axis and lying in a compressor wheel inlet plane, the compressor wheel inlet plane being the plane perpendicular to the compressor wheel axis, in which the radially outer regions of the inlet edges of the blading of the compressor wheel lie ;
- einen Luft-Zuführkanal zur Beaufschlagung des Verdichterrades mit einem - An air supply channel for loading the compressor wheel with one
Luftmassenstrom in Richtung der Verdichterachse, der einen Innenumfang aufweist und sich am Verdichtergehäuse, in Bezug zum Luftmassenstrom stromaufwärts, an das Verdichterrad anschließt, wobei der oben genannte Verdichterradeintritts querschnitt gegeben ist, durch die Projektionsfläche des Verdichterradumfangs im Bereich der radial äußeren Enden der Eintrittskanten der Beschaufelung des Verdichterrades auf die Verdichterradeintrittsebene; und Air mass flow in the direction of the compressor axis, which has an inner circumference and adjoins the compressor wheel on the compressor housing in relation to the air mass flow upstream, the above-mentioned compressor wheel inlet cross section being provided, through the projection area of the compressor wheel circumference in the region of the radially outer ends of the inlet edges of the blading the compressor wheel on the compressor wheel inlet plane; and
- eine im Luft-Zuführkanal im Bereich der Verdichterradeintrittsebene angeordnete Rezirkulationseinrichtung. - A recirculation device arranged in the air supply duct in the area of the compressor wheel inlet plane.
Dabei ist die Rezirkulationseinrichtung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass sie eine ringförmig am Innenumfang des Luft-Zuführkanals umlaufende Materialanordnung eines luftdurchlässigen, porösen Materials aufweist, die sich in Strömungsrichtung des Luftmassenstroms (LM) von einem Bereich stromaufwärts bis in einen Bereich stromabwärts der Verdichterradeintrittsebene erstreckt. The recirculation device according to the invention is characterized in that it has a material arrangement of an air-permeable, porous material that runs around the inside of the air supply channel and extends in the direction of flow of the air mass flow (LM) from an area upstream to an area downstream of the compressor wheel inlet plane.
Die erfindungsgemäße Aufladevorrichtung für eine Brennkraftmaschine, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladevorrichtung als Abgasturbolader mit einer Abgasturbine als Antriebseinheit oder als Elektro-Verdichter mit einem The charging device according to the invention for an internal combustion engine is characterized in that the charging device as an exhaust gas turbocharger with an exhaust gas turbine as a drive unit or as an electric compressor with a
Elektromotormotor als Antriebseinheit ausgebildet ist, der einen Radialverdichter mit zumindest den Merkmalen gemäß der vorgenannten Konfiguration und ggf. weiteren Merkmalen der nachfolgend beschriebenen Ausführungen des Electric motor motor is designed as a drive unit, which has a radial compressor with at least the features according to the aforementioned configuration and, if appropriate, further features of the embodiments described below
Radialverdichters aufweist. Has radial compressor.
Die erfindungsgemäße Ausführung des Rezirkulationskanals weist insbesondere Vorteile in Bezug auf die Herstellung und Montage der für die Gestaltung erforderlichen Bauteile auf. So kann die am Innenumfang des Luft-Zuführkanals umlaufende Materialanordnung eines luftdurchlässigen, porösen Materials als einfaches hülsen- oder rohrförmiges Bauteil aus einem luftdurchlässigen, porösen Material separat hergestellt und in den Luft-Zuführkanal eingeschoben werden. Zur Fixierung bietet sich eine einfache Press-, Klebe- oder Schweißverbindung an. Weiterhin ergeben sich Vorteile durch die ebenso einfache Gestaltung des The embodiment of the recirculation channel according to the invention has particular advantages with regard to the manufacture and assembly of the components required for the design. This can be done on the inner circumference of the air supply duct Circumferential material arrangement of an air-permeable, porous material as a simple sleeve or tubular component made of an air-permeable, porous material separately and inserted into the air supply channel. A simple press, adhesive or welded connection is available for fixation. Furthermore, there are advantages due to the simple design of the
Verdichtergehäuses im Bereich des Luft-Zuführkanals, da beispielsweise keine aufwändigen Gusskerne zur Gestaltung der Hohlräume in der Kanalwandung und keine komplizierten Nachbearbeitungen erforderlich sind. Auch in Bezug auf die Akustik ergeben sich Vorteile, da auf Stege, Rippen, Schaufeln, etc., die zur Abstützung am Kanalrand erforderlich sein können und die im Zusammenwirken mit der Luftströmung Geräusche verursachen können, verzichtet werden kann. Compressor housing in the area of the air supply duct, since, for example, no complex casting cores for designing the cavities in the duct wall and no complicated reworking are required. There are also advantages in terms of acoustics, since there is no need for webs, ribs, blades, etc., which may be required for support at the edge of the channel and which, in conjunction with the air flow, can cause noise.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen offenbart und werden anhand der Figuren im Folgenden erläutert. Advantageous refinements and developments of the invention are disclosed in the subclaims and are explained below with reference to the figures.
Eine Auswahl von Ausführungsbeispielen der Erfindung sowie verschiedene Kombinationsmöglichkeiten von Merkmalen verschiedener Ausführungen, gemäß der Ansprüche, werden im Folgenden anhand der Darstellungen in der Zeichnung näher erläutert. A selection of exemplary embodiments of the invention and various possible combinations of features of different designs, according to the claims, are explained in more detail below with reference to the illustrations in the drawing.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 Eine erfindungsgemäße Ausführung eines Radialverdichter in Fig. 1 An inventive design of a radial compressor in
vereinfachter Darstellung eines axialen Viertelschnitts; simplified representation of an axial quarter section;
Fig. 2 bis Fig. 4, weitere Ausführungen von erfindungsgemäßen Radialverdichtern in gleicher Darstellung wie Fig. 1 ; sowie FIGS. 2 to 4, further designs of radial compressors according to the invention in the same representation as FIG. 1; such as
Fig. 5 zwei Darstellungen möglicher Strukturen eines porösen, luftdurchlässigen 5 shows two representations of possible structures of a porous, air-permeable
Materials und Materials and
Fig. 6 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Aufladevorrichtung. Fig. 6 is an illustration of a charging device according to the invention.
Funktions- und Benennungsgleiche Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Parts with the same function and designation are identified in the figures with the same reference symbols.
Figur 1 zeigt schematisiert vereinfacht einen Radialverdichter 30 in FIG. 1 shows a radial compressor 30 in schematically simplified
Schnitt-Darstellung, in einem Viertelschnitt, geschnitten entlang der Sectional view, in a quarter section, cut along the
Verdichterachse 2. Compressor axis 2.
Der dargestellte Radialverdichter 30 weist ein Verdichtergehäuse 31 und ein darin aufgenommenes, mittels einer Läuferwelle 10 um die Verdichterachse 2 drehbar gelagertes, eine Verdichter-Beschaufelung 131 aufweisendes Verdichterrad 13 auf. Das Verdichterrad 13, weist einen senkrecht zur Verdichterachse 2 angeordneten, in einer Verdichterradeintrittsebene 14 liegenden Verdichterradeintrittsquerschnitt 15 auf, der den Verdichterradeinlass 16 kennzeichnet. Die Verdichterradeintritts ebene 14 ist die senkrecht zur Verdichterradachse 2 liegende Ebene, in der die radial äußeren Bereiche bzw. die äußeren Ecken der Eintrittskanten 132 der Verdichter-Beschaufelung 131 des Verdichterrades 13 liegen. The radial compressor 30 shown has a compressor housing 31 and a compressor wheel 13, which is accommodated therein and is rotatably mounted about the compressor axis 2 by means of a rotor shaft 10 and has a compressor blading 131. The compressor wheel 13 has a compressor wheel inlet cross section 15, which is arranged perpendicular to the compressor axis 2 and lies in a compressor wheel inlet plane 14 and characterizes the compressor wheel inlet 16. The compressor wheel inlet plane 14 is the plane lying perpendicular to the compressor wheel axis 2, in which the radially outer regions or the outer corners of the inlet edges 132 of the compressor blades 131 of the compressor wheel 13 lie.
Das Verdichtergehäuse weist einen Luft-Zuführkanal 35 mit einem Saugrohr-An- schlussstutzen 37 auf, wobei der Luft-Zuführkanal 35 einen Innenumfang 35a aufweist und in Richtung der Verdichterachse 2 auf das axiale Ende des The compressor housing has an air supply duct 35 with an intake manifold connecting piece 37, the air supply duct 35 having an inner circumference 35a and in the direction of the compressor axis 2 towards the axial end of the
Verdichterrades 13 zu verläuft und sich am Verdichtergehäuse 31 , in Bezug zum Luftmassenstrom (LM) stromaufwärts, an das Verdichterrad (13) anschließt. Compressor wheel 13 runs and connects upstream of the compressor housing 31 with respect to the air mass flow (LM) to the compressor wheel (13).
Weiterhin weist das Verdichtergehäuse 31 in der Regel einen, ringförmig um das Verdichterrad 13 angeordneten, sich schneckenförmig vom Verdichterrad 13 weg erweiternden Spiralkanal 32 auf. Dieser Spiralkanal 32 weist eine zumindest über einen Teil seines Innenumfanges verlaufende Ringkanalöffnung mit definierter Kanalbreite, den sogenannten Diffusor 33 auf, der in radialer Richtung vom Furthermore, the compressor housing 31 generally has a spiral channel 32 which is arranged in a ring around the compressor wheel 13 and widens away from the compressor wheel 13 in a helical manner. This spiral channel 32 has an at least part of its inner circumference running annular channel opening with a defined channel width, the so-called diffuser 33, which in the radial direction from
Außenumfang des Verdichterrades 13 weg gerichtet in den Spiralkanal 32 hinein verläuft und durch den der Luftmassenstrom LM vom Verdichterrad 13 weg unter erhöhtem Druck in den Spiralkanal 32 strömt. Über den Bereich zwischen The outer periphery of the compressor wheel 13 extends away into the spiral channel 32 and through which the air mass flow LM flows away from the compressor wheel 13 under increased pressure into the spiral channel 32. Over the area between
Luft-Zuführkanal 35 und Diffusor 33 hinweg, folgt die radiale Innenkontur des Luft-Zuführkanals 35 bzw. des Verdichtergehäuses 31 der Außenkontur des darin aufgenommenen Verdichterrades 13. Dieser Bereich der Innenkontur des Air supply channel 35 and diffuser 33 away, the radial inner contour of the air supply channel 35 and the compressor housing 31 follows the outer contour of the compressor wheel 13 received therein. This area of the inner contour of the
Verdichtergehäuses 31 wird als Verdichter-Dichtkontur 34 bezeichnet und bewirkt, dass der Luftmassenstrom LM möglichst vollständig durch die Verdichter-Be schaufelung 13a des Verdichterrades 13 strömt und nicht daran vorbei. Compressor housing 31 is referred to as a compressor sealing contour 34 and causes the air mass flow LM to flow as completely as possible through the compressor blades 13a of the compressor wheel 13 and not past it.
Das Verdichtergehäuse 31 ist auf seiner dem Luft-Zuführkanal 35 abgewandten Rückseite (in der Darstellung der Fig. 1 rechts) mit einer Verdichtergehäuse-Rück wand 31 a geschlossen, die gleichzeitig ein Bestandteil eines angeschlossenen Lager- oder Antriebsgehäuses sein kann. The compressor housing 31 is on its back facing away from the air supply duct 35 (on the right in the illustration in FIG. 1) with a compressor housing rear wall 31 a, which can at the same time be part of a connected bearing or drive housing.
Über den Luft-Zuführkanal 35 wird ein Luftmassenstrom LM vom Verdichterrad 13 angesaugt, welcher vom Luft-Zuführkanal 35 her über den Verdichterradeinlass 16, durch die Verdichter-Beschaufelung 13a und den Diffusor 33 in den Spiralkanal 32 strömt und dabei auf höheren Druck verdichtet wird. Im Luft-Zuführkanal 35 ist im Bereich und stromaufwärts der Verdichterradein trittsebene 14 des Verdichterrades 13 bzw. im Bereich des Verdichterradeinlasses 16 eine Rezirkulationseinrichtung 50 angeordnet. Die Rezirkulationseinrichtung 50 ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass sie eine ringförmig am Innenumfang 35a des Luft-Zuführkanals 35 umlaufende Materialanordnung 51 eines An air mass flow LM is sucked in by the compressor wheel 13 via the air supply channel 35, which flows from the air supply channel 35 via the compressor wheel inlet 16, through the compressor blading 13a and the diffuser 33 into the spiral channel 32 and is thereby compressed to a higher pressure. In the air supply channel 35, a recirculation device 50 is arranged in the area and upstream of the compressor wheel entry plane 14 of the compressor wheel 13 or in the area of the compressor wheel inlet 16. The recirculation device 50 is characterized in that it comprises a material arrangement 51 which runs in a ring on the inner circumference 35a of the air supply channel 35
luftdurchlässigen, porösen Materials 52 aufweist, die sich in Strömungsrichtung des Luftmassenstroms LM von einem Bereich stromaufwärts bis in einen Bereich stromabwärts der Verdichterradeintrittsebene 14 erstreckt. has air-permeable, porous material 52, which extends in the flow direction of the air mass flow LM from an area upstream to an area downstream of the compressor wheel inlet plane 14.
Isoliert vom Verdichtergehäuse 31 betrachtet stellt die Materialanordnung 51 ein einfaches hülsenförmiges bzw. rohrförmiges Bauteil dar, das in dieser Form vorgefertigt und in den Luft-Zuführkanal eingesetzt werden kann. When viewed in isolation from the compressor housing 31, the material arrangement 51 represents a simple sleeve-shaped or tubular component which can be prefabricated in this form and inserted into the air supply duct.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführung ist der Radialverdichter 30 weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Rezirkulationseinrichtung 50 ein lichter In the embodiment shown in FIG. 1, the radial compressor 30 is further characterized in that the recirculation device 50 is a clear one
Rohr-Innenquerschnitt 50a ausgebildet ist, der dem Verdichterradeintritts querschnitt 15 entspricht. Dadurch wird die Querschnittsfläche des Tube inner cross section 50a is formed, which corresponds to the compressor wheel inlet cross section 15. As a result, the cross-sectional area of the
Verdichterradeintrittsquerschnittes 15 und der durchströmende Luftmassenstrom LM nicht eingeengt und der gesamte Verdichterradeintrittsquerschnitt 15 wird gleichmäßig durch die angesaugte Luftmasse angeströmt, was sich positiv auf das Schluckvermögen des Verdichterrades 13 auswirkt. Compressor wheel inlet cross section 15 and the air mass flow LM flowing through it are not restricted and the entire compressor wheel inlet cross section 15 is flowed evenly by the sucked air mass, which has a positive effect on the swallowing capacity of the compressor wheel 13.
Weiterhin ist in der Fig. 1 ersichtlich, dass diese Ausführung des Radialverdichters 30 dadurch gekennzeichnet ist, dass der Innenumfang 35a des Luft-Zuführkanals 35 dem Außenumfang 50b der Rezirkulationseinrichtung 50 entspricht. Dadurch wird erreicht, dass die Montage der Materialanordnung 51 auf einfache Weise durch einschieben in den Luft-Zuführkanal 35 erfolgen kann. 1 that this embodiment of the radial compressor 30 is characterized in that the inner circumference 35a of the air supply duct 35 corresponds to the outer circumference 50b of the recirculation device 50. It is thereby achieved that the assembly of the material arrangement 51 can be carried out in a simple manner by pushing it into the air supply duct 35.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen 2 shows a further embodiment of the invention
Radialverdichters 30, in zur Fig. 1 analoger Darstellung, die dadurch Radial compressor 30, in a representation analogous to FIG. 1, which thereby
gekennzeichnet ist, dass, zur Ausbildung eines Abblasschlitzes 54 im Bereich, in Strömungsrichtung des Luftmassenstromes LM hinter der Verdichterradein trittsebene 14, zwischen der Materialanordnung 51 des porösen Materials 52 und einem Anschluss-Absatz 38 des Verdichtergehäuses 31 ein Luftspalt 54a ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass ein vorgeformtes rohrförmiges Bauteil aus dem porösen, luftdurchlässigen Material 52 nicht bis zum Anschlag an dem Anschluss-Absatz 38 in den Luft-Zuführkanal 35 eingeschoben wird, sondern bereits in einer Position davor fixiert, so dass der genannte Luftspalt gebildet ist. Dies ermöglicht eine gezielte Einleitung bzw. is characterized in that, to form a blow-off slot 54 in the area, in the flow direction of the air mass flow LM behind the compressor wheel step 14, between the material arrangement 51 of the porous material 52 and an air gap 54a is formed in a connection shoulder 38 of the compressor housing 31. This can be achieved, for example, in that a preformed tubular component made of the porous, air-permeable material 52 is not inserted into the air supply channel 35 as far as the stop on the connection shoulder 38, but is already fixed in a position in front of it, so that the said one Air gap is formed. This enables a targeted introduction or
Ausleitung des durch das poröse Material 52 geführten Rezirkulations-Luft- massestroms, erhöht somit den Durchsatz und verbessert die Wirksamkeit der kennfeldstabilisierenden Maßnahme. Discharging the recirculation air mass flow through the porous material 52 thus increases the throughput and improves the effectiveness of the map-stabilizing measure.
Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Radialverdichters 30 ist in Fig. 3, in zur Fig .1 und Fig. 2 analoger Darstellung, gezeigt. Der dargestellte A further embodiment of the radial compressor 30 according to the invention is shown in FIG. 3, in a representation analogous to FIG. 1 and FIG. 2. The one shown
Radialverdichter 30 ist in Weiterbildung der vorausgehend genannten Radial compressor 30 is a further development of the aforementioned
Ausführungsformen dadurch gekennzeichnet, dass die Materialanordnung 51 des luftdurchlässigen, porösen Materials 52 nach radial innen hin, also zur Embodiments characterized in that the material arrangement 51 of the air-permeable, porous material 52 radially inwards, that is to say
Verdichterachse 2 hin, durch eine Rohr-Wandung 58 begrenzt ist, die aus einem nicht porösen Material besteht, dabei ist hier durch die Rohr-Wandung 58 ein lichter Rohr-Innenquerschnitt 50a ausgebildet, der dem Verdichterradeintrittsquerschnitt 15 entspricht. Dabei kann die Rohr-Wandung 58 beispielsweise ausgebildet sein als aus einem Blech gefertigte Rohrmanschette, die mit dem porösen Material 52 verbunden ist, beispielsweise durch eine Presspassung, eine Klebeverbindung oder auch durch direktes Verpressen oder Aufschäumen des porösen Materials auf die Blechmanschette als Trägerbauteil. Auch liegt es im Bereich der Erfindung, wenn die Rohr-Wandung 58 durch das poröse Material selbst gebildet ist, wobei sich beispielsweise im Randbereich des porösen Materials im Herstellprozess eine geschlossene Haut ausbildet, wie es bei verschiedenen geschäumten Werkstoffen der Fall ist. Compressor axis 2 out, is delimited by a tube wall 58, which consists of a non-porous material, here a clear tube inner cross section 50a is formed by the tube wall 58, which corresponds to the compressor wheel inlet cross section 15. The tube wall 58 can be designed, for example, as a tube sleeve made of sheet metal, which is connected to the porous material 52, for example by an interference fit, an adhesive connection or also by direct pressing or foaming of the porous material onto the sheet metal sleeve as a support component. It is also within the scope of the invention if the tube wall 58 is formed by the porous material itself, a closed skin being formed, for example, in the edge region of the porous material in the manufacturing process, as is the case with various foamed materials.
Die Rohr-Wandung 58 hat zunächst eine stabilisierende Wirkung für das aus dem porösen Material 52 bestehende rohrförmige Bauteil und bewirkt eine besser in axiale Richtung gerichtete Strömung des Rezirkulations-Luftmassenstromes durch das poröse Material 52, indem ein Luftaustritt aus dem porösen Material 52 in den Luft-Ansaugkanal 35, in radialer Richtung und ggf. über einen größeren Teil der axialen Bauteil-Erstreckung hinweg, verhindert wird. The tube wall 58 initially has a stabilizing effect for the tubular component consisting of the porous material 52 and brings about a flow of the recirculation air mass flow through the porous material 52 which is better directed in the axial direction by an air outlet from the porous material 52 into the Air intake duct 35, in the radial direction and possibly over a larger part of the axial component extension, is prevented.
Eine Weiterbildung der zuvor beschriebenen Ausführung des Radialverdichters 30 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rohr-Wandung 58 alleine durch das poröse Material 52 getragen wird. Dabei kann ein aus dem porösen Material 52 und der Rohr-Wandung 58 bestehendes Bauteil als Verbund-Bauteil ausgeführt sein, bei dem Rohr-Wandung 58 und poröses Material 52 fest miteinander verbunden sind. Bei einer solchen Ausgestaltung kann auf Befestigungsstege zur Befestigung oder Abstützung der Rohr-Wandung 58 am Verdichtergehäuse 31 verzichtet werden. Dies ergibt einen konstruktiv vereinfachten Aufbau und gleichzeitig eine A further development of the previously described embodiment of the radial compressor 30 is characterized in that the tube wall 58 is carried solely by the porous material 52. A component consisting of the porous material 52 and the tube wall 58 can be designed as a composite component, in which the tube wall 58 and the porous material 52 are firmly connected to one another. In such an embodiment, there is no need for fastening webs for fastening or supporting the tube wall 58 on the compressor housing 31. This results in a structurally simplified structure and at the same time one
verlustärmere Durchströmung des durch das poröse Material 52 gebildeten Low-loss flow through the formed by the porous material 52
Rezirkulationskanals. Recirculation channel.
Eine weitere, in Fig. 3 zu erkennende Weiterbildung des Radialverdichter 30 mit Rohr-Wandung 58 auf der Innenseite, wie zuvor anhand der Fig. 3 beschrieben, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rohr-Wandung 58, zur Ausbildung eines Abblasschlitzes 54, im Bereich, in Strömungsrichtung des Luftmassenstromes LM stromabwärts, also hinter der Verdichterradeintrittsebene 14, gegenüber der porösen Materialanordnung verkürzt ist oder zumindest eine Aussparung aufweist. Dies ergibt, ergänzend zu der axial geführten Strömung des in der Rezirkulations- einrichtung 50 geführten Rezirkulations-Luftmassenstromes, ein örtlich definiertes Einströmen bzw. Ausströmen des Rezirkulations-Luftmassenstroms in die bzw. aus der Rezirkulationseinrichtung 50. A further development of the radial compressor 30 with tube wall 58 on the inside, as can be seen in FIG. 3, as previously described with reference to FIG. 3, is characterized in that the tube wall 58, in order to form a blow-off slot 54, in the area , in the flow direction of the air mass flow LM downstream, ie behind the compressor wheel inlet plane 14, is shortened compared to the porous material arrangement or at least has a recess. In addition to the axially guided flow of the recirculation air mass flow carried in the recirculation device 50, this results in a locally defined inflow or outflow of the recirculation air mass flow into or out of the recirculation device 50.
Eine weitere, in Fig. 3 zu erkennende Weiterbildung des Radialverdichter 30 mit Rohr-Wandung 58 auf der Innenseite, wie zuvor anhand der Fig. 3 beschrieben, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rohr-Wandung 58, zur Ausbildung eines Rezirkulationsschlitzes 56, in einem dem Verdichterrad 13 abgewandten A further development of the radial compressor 30 with tube wall 58 on the inside, as can be seen in FIG. 3, as previously described with reference to FIG. 3, is characterized in that the tube wall 58, in order to form a recirculation slot 56, in one facing away from the compressor wheel 13
Endbereich, eine axiale Stirnseite der Materialanordnung 51 des porösen Materials 52 nicht oder nicht vollständig begrenzt. In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel ist die axiale Stirnseite nur zum Teil, also nicht vollständig von der Rohr-Wandung 58 abgedeckt. Dagegen ist in Fig. 4 eine Ausführung des Radialverdichters dargestellt, bei der zur Ausbildung eines Rezirkulationsschlitzes 56, in einem dem Verdichterrad 13 abgewandten Endbereich der Rezirkulationseinrichtung 50, die Rohr-Wandung 58 in einen axialen Bereich des Innenumfangs der porösen Materialanordnung 51 eine über den Innenumfang umlaufende Aussparung 56a aufweist End region, an axial end face of the material arrangement 51 of the porous material 52 not or not completely limited. In the example shown in FIG. 3, the axial end face is only partially, ie not completely, covered by the tube wall 58. On the other hand, an embodiment of the radial compressor is shown in FIG. 4, in which to form a recirculation slot 56, in an end region of the recirculation device 50 facing away from the compressor wheel 13, the tube wall 58 into an axial region of the inner circumference of the porous material arrangement 51 over the inner circumference has circumferential recess 56a
Auch die Ausbildung eines Rezirkulationsschlitzes 56 in dem, dem Verdichterrad 13 abgewandten Endbereich der Rezirkulationseinrichtung 50 ergibt, ergänzend zu der axial geführten Strömung des in der Rezirkulationseinrichtung 50 geführten The formation of a recirculation slot 56 in the end region of the recirculation device 50 facing away from the compressor wheel 13 also results in addition to the axially guided flow of the flow in the recirculation device 50
Rezirkulations-Luftmassenstromes, ein örtlich definiertes Einströmen bzw. Recirculation air mass flow, a locally defined inflow or
Ausströmen des Rezirkulations-Luftmassenstroms in die bzw. aus der Outflow of the recirculation air mass flow into or out of
Rezirkulationseinrichtung 50 und bewirkt eine weitere Verbesserung der strömungsstabilisierenden Wirkung. Recirculation device 50 and brings about a further improvement in the flow-stabilizing effect.
In weiterer Ausgestaltung der vorausgehend beschriebenen Ausführungen ist eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Radialverdichters 30 dadurch gekennzeichnet, dass das luftdurchlässige, poröse Material 52 in Bezug auf seine Luftdurchlässigkeit anisotrope Eigenschaften aufweist, derart, dass die In a further embodiment of the embodiments described above, a further embodiment of the radial compressor 30 according to the invention is characterized in that the air-permeable, porous material 52 has anisotropic properties with respect to its air-permeability, such that the
Luftdurchlässigkeit nur in Richtung der Verdichterachse 2 gegeben ist oder zumindest in Richtung der Verdichterachse 2 größer ist als in Umfangsrichtung der umlaufenden Materialanordnung 51 . Dies ist beispielsweise gegeben, wenn das luftdurchlässige poröse Material 52 eine Wabenstruktur 60 aufweist mit in Air permeability is only given in the direction of the compressor axis 2 or is at least greater in the direction of the compressor axis 2 than in the circumferential direction of the rotating material arrangement 51. This is the case, for example, if the air-permeable porous material 52 has a honeycomb structure 60 with in
Axialrichtung verlaufenden, stirnseitig offenen Wabenkanälen 60a. Dies ergibt eine in Axialrichtung gerichtete Strömung des Rezirkulations-Luftmassenstroms und eine verbesserte Stabilisierung des Verdichterkennfeldes. Honeycomb channels 60a which run in the axial direction and are open at the end. This results in an axially directed flow of the recirculation air mass flow and an improved stabilization of the compressor map.
In erfindungsgemäßer Weiterbildung der vorgenannten Ausführungen des In a further development of the aforementioned embodiments of the invention
Radialverdichters 30 weist das luftdurchlässige, poröse Material 52 eine Radial compressor 30 has an air-permeable, porous material 52
Sinter-Struktur, eine Waben-Struktur 60, eine Drahtgeflecht-Struktur oder eine offenporige Schaum-Struktur 62 auf, wobei die Schaum-Struktur 62 ein Sintered structure, a honeycomb structure 60, a wire mesh structure or an open-pore foam structure 62, the foam structure 62 being a
geschäumtes metallisches Material, wie zum Beispiel ein Aluminium-Schaum, oder auch ein thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoff-Schaum sein kann. All diese Strukturen sind in den Fig. 1 bis 4 durch die Kreuzschraffur der Materialanordnung 51 symbolisiert. Beispielhaft sind in Fig. 5 eine Waben-Struktur 60 mit offenen Wabenkanälen 60a (Ansicht a)) und eine offenporige Foamed metallic material, such as an aluminum foam, or a thermoplastic or thermosetting plastic foam. All of these structures are shown in FIGS. 1 to 4 by the cross hatching Material arrangement 51 symbolizes. 5 shows a honeycomb structure 60 with open honeycomb channels 60a (view a)) and an open-pore one
Schaum-Struktur 62 (Ansicht b)) dargestellt. Materialien in den genannten Foam structure 62 (view b)) shown. Materials in the above
Strukturen sind am Markt verfügbar einfach zu beschaffen und können zu vorgeformten Werkstücken geformt werden. Dies ermöglicht eine konstruktiv einfache und kostengünstige Gestaltung. Structures are readily available on the market and can be formed into preformed workpieces. This enables a structurally simple and inexpensive design.
Schließlich zeigt Fig. 6, stark schematisiert, eine Aufladevorrichtung 100 für eine Brennkraftmaschine (nicht dargestellt), die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Aufladevorrichtung 100 als Abgasturbolader mit einer Abgasturbine 22 als Finally, FIG. 6 shows, highly schematized, a supercharging device 100 for an internal combustion engine (not shown), which is characterized in that the supercharging device 100 as an exhaust gas turbocharger with an exhaust gas turbine 22
Antriebseinheit 20 oder als Elektro-Verdichter mit einem Elektromotormotor 23 als Antriebseinheit 20 ausgebildet ist, der einen Radialverdichter 30 aufweist, wobei der Radialverdichter 30 die Merkmale einer der vorausgehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungen aufweist. Dargestellt ist der prinzipielle Aufbau eines erfindungsgemäßen Radialverdichters 30 mit Verdichtergehäuse 31 und Verdichterrad 13, sowie einer Rezirkulationseinrichtung 50 mit einer Drive unit 20 or as an electric compressor with an electric motor 23 as drive unit 20, which has a radial compressor 30, the radial compressor 30 having the features of one of the embodiments according to the invention described above. The basic structure of a radial compressor 30 according to the invention with a compressor housing 31 and a compressor wheel 13, as well as a recirculation device 50 with a
Materialanordnung 51 eines luftdurchlässigen, porösen Materials 52 im Material arrangement 51 of an air-permeable, porous material 52 in
Luft-Zuführkanal 35, die sich in Strömungsrichtung des Luftmassenstroms LM von einem Bereich stromaufwärts bis in einen Bereich stromabwärts der Air supply channel 35, which extends in the flow direction of the air mass flow LM from an area upstream to an area downstream of the
Verdichterradeintrittsebene 14 erstreckt. Über die Verdichtergehäuse-Rückwand 31 a ist eine Antriebseinheit 20 angeschlossen. Die Antriebseinheit 20 weist in der Regel eine Lagereinheit 21 für die Läuferwelle 10 auf, die hier nur angedeutet dargestellt ist. Weiterhin weist die Antriebseinheit 20 wahlweise eine Abgasturbine 22 oder einen Elektromotor 23 auf, hier ebenfalls nur angedeutet dargestellt, die mit der Läuferwelle verbunden sind und über diese das Verdichterrad 13 des Compressor wheel entry plane 14 extends. A drive unit 20 is connected via the compressor housing rear wall 31 a. The drive unit 20 generally has a bearing unit 21 for the rotor shaft 10, which is only indicated here. Furthermore, the drive unit 20 optionally has an exhaust gas turbine 22 or an electric motor 23, also only shown here, which are connected to the rotor shaft and via this the compressor wheel 13 of the
Radialverdichters 30 antreiben. Drive the radial compressor 30.
Abschließend in Kürze zusammengefasst, wird ein Radialverdichter 30 für eine Aufladevorrichtung 100 einer Brennkraftmaschine und eine entsprechende In summary, a radial compressor 30 for a supercharging device 100 of an internal combustion engine and a corresponding one
Aufladevorrichtung 100 mit einem solchen Radialverdichter 30 beschrieben. Der Radialverdichter 30 weist ein in einem Verdichtergehäuse 31 , um eine Verdichter achse 2 drehbar gelagertes Verdichterrad 13, mit einer Verdichterradeintrittsebene 14, einen Luft-Zuführkanal 35 zur Beaufschlagung des Verdichterrades 13 mit einem Luftmassenstrom LM und eine im Luft-Zuführkanal 35 im Bereich der Ver- dichterradeintrittsebene 14 angeordnete Rezirkulationseinrichtung 50, zur Charging device 100 described with such a radial compressor 30. The radial compressor 30 has a compressor wheel 13 rotatably mounted in a compressor housing 31 about a compressor axis 2, with a compressor wheel inlet plane 14, an air supply channel 35 for supplying the compressor wheel 13 with an air mass flow LM and one in the air supply channel 35 in the area of the ver - Dichterradeinschlußebene 14 arranged recirculation device 50, for
Stabilisierung des Verdichterkennfeldes, auf. Die Rezirkulationseinrichtung 50 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine ringförmig am Innenumfang des Stabilization of the compressor map, on. The recirculation device 50 is characterized in that it has an annular shape on the inner circumference of the
Luft-Zuführkanals 35 umlaufende Materialanordnung 51 eines luftdurchlässigen, porösen Materials 52 aufweist. Die Aufladevorrichtung ist als Abgasturbolader oder als elektromotorisch angetriebener Verdichter ausgebildet. Air supply channel 35 surrounding material arrangement 51 of an air-permeable, porous material 52. The charging device is designed as an exhaust gas turbocharger or as an electric motor-driven compressor.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Radialverdichter (30) für eine Aufladevorrichtung (100) einer 1. Radial compressor (30) for a charging device (100)
Brennkraftmaschine, wobei der Radialverdichter (30) zumindest folgende Komponenten aufweist: Internal combustion engine, the radial compressor (30) having at least the following components:
- ein in einem Verdichtergehäuse (31 ), um eine Verdichterachse (2) drehbar gelagertes Verdichterrad (13), mit einem senkrecht zur Verdichterachse (2) angeordneten, in einer Verdichterradeintrittsebene (14) liegenden - A compressor wheel (13) rotatably mounted in a compressor housing (31) about a compressor axis (2), with a compressor wheel (13) arranged perpendicular to the compressor axis (2) and lying in a compressor wheel entry plane (14)
Verdichterradeintrittsquerschnitt (15); Compressor wheel inlet cross section (15);
- einen Luft-Zuführkanal (35) zur Beaufschlagung des Verdichterrades (13) mit einem Luftmassenstrom (LM) in Richtung der Verdichterachse (2), der einen Innenumfang (35a) aufweist und sich am Verdichtergehäuse (31 ), in Bezug zum Luftmassenstrom (LM) stromaufwärts, an das Verdichterrad (13) anschließt; und - An air supply channel (35) for loading the compressor wheel (13) with an air mass flow (LM) in the direction of the compressor axis (2), which has an inner circumference (35a) and on the compressor housing (31), in relation to the air mass flow (LM ) upstream, connects to the compressor wheel (13); and
- eine im Luft-Zuführkanal (35) im Bereich und stromaufwärts der - One in the air supply channel (35) in the area and upstream of the
Verdichterradeintrittsebene (14) des Verdichterrades (13) angeordnete Rezirkulationseinrichtung (50), Compressor wheel inlet plane (14) of the compressor wheel (13) arranged recirculation device (50),
wobei die Rezirkulationseinrichtung (50) dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine ringförmig am Innenumfang des Luft-Zuführkanals (35) umlaufende Materialanordnung (51 ) eines luftdurchlässigen, porösen Materials (52) aufweist, die sich in Strömungsrichtung des Luftmassenstroms (LM) von einem Bereich stromaufwärts bis in einen Bereich stromabwärts der wherein the recirculation device (50) is characterized in that it has an annular arrangement of material (51) of an air-permeable, porous material (52) which runs around the inner circumference of the air supply channel (35) and which extends from a region in the flow direction of the air mass flow (LM) upstream to a region downstream of the
Verdichterradeintrittsebene (14) erstreckt. Compressor wheel inlet plane (14) extends.
2. Radialverdichter (30) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Rezirkulationseinrichtung (50) ein lichter Rohr-Innenquerschnitt (50a) ausgebildet ist, der dem Verdichterradeintrittsquerschnitt (15) entspricht. 2. Radial compressor (30) according to claim 1, characterized in that by means of the recirculation device (50) a clear tube inner cross section (50a) is formed, which corresponds to the compressor wheel inlet cross section (15).
3. Radialverdichter (30) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innenumfang (35a) des Luft-Zuführkanals (35) einem Außenumfang (50b) der Rezirkulationseinrichtung (50) entspricht. 3. Radial compressor (30) according to claim 1, characterized in that the inner circumference (35a) of the air supply channel (35) corresponds to an outer circumference (50b) of the recirculation device (50).
4. Radialverdichter (30) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, zur Ausbildung eines Abblasschlitzes (54), im Bereich in Strömungsrichtung hinter der Verdichterradeintrittsebene (14), zwischen der Materialanordnung (51 ) des luftdurchlässigen, porösen Materials (52) und einem Anschluss-Absatz (38) des Verdichtergehäuses (31 ) ein Luftspalt (54a) ausgebildet ist. 4. Radial compressor (30) according to one of the preceding claims, characterized in that, to form a blow-off slot (54), in the region in the flow direction behind the compressor wheel inlet plane (14), between the material arrangement (51) of the air-permeable, porous material (52) and a connecting shoulder (38) of the compressor housing (31) is formed with an air gap (54a).
5. Radialverdichter (30) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialanordnung (51 ) des luftdurchlässigen, porösen Materials (52) nach radial innen hin durch eine Rohr-Wandung (58) begrenzt ist, die aus einem nicht porösen Material (52) besteht. 5. Radial compressor (30) according to any one of the preceding claims, characterized in that the material arrangement (51) of the air-permeable, porous material (52) is limited radially inwardly by a tube wall (58) made of a non-porous material (52) exists.
6. Radialverdichter (30) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohr-Wandung (58) alleine durch das luftdurchlässige, poröse Material (52) getragen wird. 6. Radial compressor (30) according to claim 4, characterized in that the tube wall (58) is carried solely by the air-permeable, porous material (52).
7. Radialverdichter (30), nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohr-Wandung (58), zur Ausbildung eines Abblasschlitzes (54), im 7. Radial compressor (30), according to claim 4 or 5, characterized in that the tube wall (58), to form a blow-off slot (54), in
Bereich in Strömungsrichtung hinter der Verdichterradeintrittsebene (14), gegenüber der Materialanordnung (51 ) verkürzt ist oder zumindest eine Aussparung aufweist. Area in the flow direction behind the compressor wheel inlet plane (14), in relation to the material arrangement (51) is shortened or at least has a recess.
8. Radialverdichter (5) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch 8. Radial compressor (5) according to one of claims 4 to 6, characterized
gekennzeichnet, dass die Rohr-Wandung, zur Ausbildung eines characterized that the tube wall, to form a
Rezirkulationsschlitzes (56), in einem dem Verdichterrad (13) abgewandten Endbereich, eine axiale Stirnseite und /oder einen Bereich des Innenumfangs der Materialanordnung (51 ) nicht oder nicht vollständig begrenzt oder zumindest in einem axialen Bereich des Innenumfangs der porösen Recirculation slot (56), in an end region facing away from the compressor wheel (13), an axial end face and / or a region of the inner circumference of the material arrangement (51) not or not completely limited or at least in an axial region of the inner circumference of the porous
Materialanordnung (51 ) eine über den Innenumfang umlaufende Aussparung (56a) aufweist. Material arrangement (51) has a recess (56a) running around the inner circumference.
9. Radialverdichter (30) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das luftdurchlässige, poröse Material (52) in Bezug auf seine Luftdurchlässigkeit anisotrope Eigenschaften aufweist, derart, dass die Luftdurchlässigkeit nur in Richtung der Verdichterachse (2) gegeben ist oder zumindest in Richtung der Verdichterachse (2) größer ist als in 9. Radial compressor (30) according to any one of the preceding claims, characterized in that the air-permeable, porous material (52) has anisotropic properties with respect to its air permeability, such that the Air permeability is only given in the direction of the compressor axis (2) or at least in the direction of the compressor axis (2) is greater than in
Umfangsrichtung der umlaufenden Materialanordnung (51 ). Circumferential direction of the circulating material arrangement (51).
10. Radialverdichter (30) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das luftdurchlässige, poröse Material (52) eine 10. Radial compressor (30) according to one of the preceding claims, characterized in that the air-permeable, porous material (52) a
Sinter-Struktur, eine Waben-Struktur (60), eine Drahtgeflecht-Struktur oder eine offenporige Schaum-Struktur (62) aufweist. Sintered structure, a honeycomb structure (60), a wire mesh structure or an open-pore foam structure (62).
11. Aufladevorrichtung (100) für eine Brennkraftmaschine, dadurch 11. Charging device (100) for an internal combustion engine, thereby
gekennzeichnet, dass die Aufladevorrichtung (100) als Abgasturbolader mit einer Abgasturbine (22) als Antriebseinheit (20) oder als Elektro-Verdichter mit einem Elektromotormotor (23) als Antriebseinheit (20) ausgebildet ist, der einen Radialverdichter (30) mit den Merkmalen zumindest eines der vorangehenden Ansprüche aufweist. characterized in that the charging device (100) is designed as an exhaust gas turbocharger with an exhaust gas turbine (22) as a drive unit (20) or as an electric compressor with an electric motor motor (23) as a drive unit (20), which has a radial compressor (30) with at least the features one of the preceding claims.
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