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DE102005006427A1 - Exhaust gas turbocharger for internal-combustion engine has outer contour of compressor wheel blade, which is formed in such manner that blade measure e.g. trim, lies in range of eighty five to one hundred fifteen percentage - Google Patents

Exhaust gas turbocharger for internal-combustion engine has outer contour of compressor wheel blade, which is formed in such manner that blade measure e.g. trim, lies in range of eighty five to one hundred fifteen percentage Download PDF

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DE102005006427A1
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DE
Germany
Prior art keywords
compressor
exhaust gas
compressor wheel
gas turbocharger
blades
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102005006427A
Other languages
German (de)
Inventor
Helmut Dipl.-Ing. Finger
Peter Dipl.-Ing. Fledersbacher
Siegfried Dipl.-Ing. Sumser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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
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Abstract

Ein Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine weist eine Abgasturbine im Abgasstrang und einen Verdichter im Ansaugtrakt auf, wobei ein Turbinenrad über eine Welle mit einem Verdichterrad gekoppelt ist. Die Außenkontur der Verdichterradschaufeln ist in der Weise geformt, dass der Eintrittsaußendurchmesser der Verdichterradschaufeln einen Mindestwert, bezogen auf den Austrittsaußendurchmesser, einnimmt.An exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine has an exhaust gas turbine in the exhaust gas line and a compressor in the intake tract, wherein a turbine wheel is coupled via a shaft to a compressor wheel. The outer contour of the compressor wheel blades is shaped in such a way that the inlet outer diameter of the compressor wheel blades occupies a minimum value with respect to the outlet outer diameter.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Ein derartiger Abgasturbolader wird in der Druckschrift DE 100 49 198 A1 beschrieben. Der Abgasturbolader umfasst einen Verdichter im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine, der über eine Welle von einer Abgasturbine im Abgasstrang angetrieben wird. In der Abgasturbine wird die Energie des Abgases in eine Drehbewegung des Turbinenrades umgesetzt. Auf der Luftseite erzeugt der Verdichter einen erhöhten Ladedruck, unter dem die Verbrennungsluft den Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführen ist.Such an exhaust gas turbocharger is in the document DE 100 49 198 A1 described. The exhaust gas turbocharger comprises a compressor in the intake tract of the internal combustion engine, which is driven via a shaft of an exhaust gas turbine in the exhaust line. In the exhaust gas turbine, the energy of the exhaust gas is converted into a rotational movement of the turbine wheel. On the air side, the compressor generates an increased boost pressure, below which the combustion air is to be supplied to the cylinders of the internal combustion engine.

Um insbesondere bei niedrigen Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine einen Drehzahlabfall im Abgasturbolader zu vermeiden oder zumindest gering zu halten, kann der Verdichter der Brennkraftmaschine auch im sogenannten Kaltluft-Turbinenbetrieb betrieben werden, bei dem ein Druckgefälle über dem Verdichter für einen zusätzlichen Antrieb des Verdichterrades ausgenutzt wird. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades ist im Verdichtergehäuse ein Zusatzkanal vorgesehen, welcher sich etwa parallel zum Verdichtereinlasskanal erstreckt und der in Höhe der Verdichterradschaufeln radial in den Verdichtereinlasskanal einmündet. Dieser Zusatzkanal wird bei niedrigen Lasten und Drehzahlen geöffnet, so dass die Verbrennungsluft mit einem definierten Drall auf die Verdichterradschaufeln auftrifft und diesen einen zusätzlichen antreibenden Impuls versetzt.Around especially at low loads and speeds of the internal combustion engine to avoid a speed drop in the exhaust gas turbocharger or at least low, the compressor of the internal combustion engine can also be operated in the so-called cold air turbine operation, in the a pressure gradient across the Compressor for An additional Drive the compressor wheel is used. To improve the Efficiency is provided in the compressor housing an additional channel, which extends approximately parallel to the compressor inlet channel and in height the compressor impeller blades opens radially into the compressor inlet channel. This Additional channel is opened at low loads and speeds, so that the combustion air with a defined spin on the compressor blades hits and this one additional driving impulse offset.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, einen Abgasturbolader zu schaffen, dessen Laderdrehzahl auch bei wechselnden Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine auf einem Mindestniveau gehalten werden kann.From Starting from this prior art, the invention is the problem underlying, to create an exhaust gas turbocharger, the supercharger speed also at changing loads and speeds of the internal combustion engine a minimum level.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This Problem is inventively with the Characteristics of claim 1 solved. The dependent claims give expedient further education at.

Das Verdichterrad im Verdichter des erfindungsgemäßen Abgasturboladers wird in der Weise ausgeführt, dass die Außenkontur der Verdichterradschaufeln einem definierten Schaufelgrößenwert entspricht. Dieser Schaufelgrößenwert wird aus dem Verhältnis des Eintrittsaußendurchmessers der Verdichterradschaufeln zum Austrittsaußendurchmesser bestimmt, wobei das Quadrat dieses Verhältnisses in einem Wertebereich zwischen 85% und 115% liegt. Dies bedeutet, dass der Eintrittsaußendurchmesser der Verdichterradschaufeln – im Bereich der Anströmseite des Verdichterrades – bezogen auf den Austrittsaußendurchmesser – im Bereich der Abströmseite des Verdichterrades – aufgrund der Leistungscharakteristik der Kaltluft-Turbinenbetriebsweise eine Mindestgröße aufweisen muss, die zwischen etwa 92% und etwa 107% des Austrittsaußendurchmessers beträgt.The Compressor in the compressor of the exhaust gas turbocharger according to the invention is in the way, that the outer contour the compressor wheel blades a defined bucket size value equivalent. This blade size value is out of proportion of the inlet outside diameter the Verdichterradschaufeln determined to the outlet outer diameter, wherein the square of this relationship in a range between 85% and 115%. This means, that the inlet outer diameter the compressor wheel blades - im Area of the inflow side of the compressor wheel - related on the outlet outer diameter - in the range the downstream side of the compressor wheel - due the performance of the cold air Turbinenbetriebsweise a Minimum size that is between about 92% and about 107% of the exit exterior diameter is.

Der Eintrittsaußendurchmesser der Verdichterradschaufeln ist bedeutend größer als dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, was dazu führt, dass die Blattspitzengeschwindigkeit der Verdichterradschaufeln im Bereich der Anströmseite auch im unteren Last- und Drehzahlbereich des Motors deutlich angehoben wird. Die Begrenzung des Eintrittsaußendurchmessers auf einen oberen Grenzwert stellt andererseits sicher, dass die Blattspitzengeschwindigkeit keine unzulässig hohen Werte einnimmt, insbesondere nicht in den Bereich hoher Überschallgeschwindigkeiten gelangt.Of the Admission external diameter the compressor wheel blades is significantly larger than this from the state The technique is known, which causes the blade tip speed the compressor impeller blades in the area of the inflow side, even in the lower load and speed range of the engine is significantly increased. The limit of the inlet outside diameter on the other hand, ensures that the Blade tip speed does not take inadmissibly high values, especially not in the range of high supersonic speeds arrives.

Die höheren Blattspitzengeschwindigkeiten gehen mit einer höheren Laderdrehzahl einher. Die Erhöhung des Trägheitsmomentes des Verdichterrades, hervorgerufen durch die Vergrößerung des Eintrittsaußendurchmessers der Verdichterradschaufeln und des Nabenkörpers, wird durch die geringen Drehzahlschwankungen kaum wirksam.The higher Blade tip speeds are associated with a higher supercharger speed. The increase the moment of inertia the compressor wheel, caused by the enlargement of the Admission external diameter the compressor impeller blades and the hub body, is due to the low speed fluctuations hardly effective.

Ein Vorteil des vergrößerten Eintrittsdurchmessers liegt darin, dass der Wirkungsgrad in der Kaltluft-Turbinenbetriebsweise durch die gesteigerte Umfangsgeschwindigkeit bzw. angehobene Schnelllaufzahl deutlich verbessert wird.One Advantage of the enlarged inlet diameter is that the efficiency in the cold air turbine mode of operation by the increased peripheral speed or increased speed is significantly improved.

Das Impuls- bzw. Momentenverhalten der Kaltluft-Turbine führt mit der Eintrittsdurchmesser-Anhebung zu der gewünschten Charakteristik, gemäß der sich auch bei niederen Motorlasten hohe Turboladerdrehzahlen einstellen können.The Pulse or torque behavior of the cold air turbine leads with the entrance diameter increase to the desired characteristic according to which set high turbocharger speeds even at low engine loads can.

Der Spalt zwischen Außenkontur des Verdichterrades und der begrenzenden Wandung des Verdichtereinlasskanals kann insbesondere für den Fall eines walzenförmigen Verdichterrades klein gehalten werden. Ein walzenförmiges Verdichterrad wird für den Fall erzielt, dass der Eintrittsaußendurchmesser und der Austrittsaußendurchmesser der Verdichterradschaufeln gleich groß sind, so dass die Einhüllende des Verdichterrades Zylinderform besitzt. Der erfindungsgemäße Schaufelgrößenwert beträgt in diesem Fall 100.The gap between the outer contour of the compressor wheel and the limiting wall of the compressor inlet channel can be kept small, in particular in the case of a cylindrical compressor wheel. A roller-shaped compressor wheel is achieved in the event that the inlet outer diameter and the outlet outer diameter of the compressor wheel blades are equal, so that the envelope of the compressor wheel has cylindrical shape. The blade size value according to the invention is in this case 100 ,

Derartige walzenförmige Verdichterräder sind außerdem einfach und kostengünstig zu bearbeiten bzw. herzustellen. Weitere Vorteile ergeben sich insbesondere auch bei einer Ausgestaltung des Turbinenrades in Walzenform.Such roller-shaped compressor wheels are also easy and inexpensive to edit or manufacture. Further advantages arise in particular in an embodiment of the Turbine wheel in roll form.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass zur Vermeidung unzulässig hoher Blattspitzengeschwindigkeiten, welche im oberen Laderdrehzahlbereich auftreten, dem Verdichterrad im Verdichtereinlasskanal ein Mitdrallgitter vorgelagert ist. Dieses Mitdrallgitter besitzt Drallschaufeln, die die zuzuführende Verbrennungsluft in Mitdrallrichtung des umdrehenden Verdichterrades lenkt, wodurch die resultierenden Geschwindigkeitsvektoren im Bereich der Blattspitzen auf Werte unterhalb des Überschallbereiches reduziert werden. Das Mitdrallgitter lenkt die axiale Radzuströmung ab, zugleich bleibt die Umfangsgeschwindigkeit des Verdichterrades gleich, wobei in der Summe beider Geschwindigkeitsvektoren im Vergleich zur unbeeinflussten axialen Radzuströmung eine Reduzierung des resultierenden Geschwindigkeitsvektors erzielt wird.In an appropriate training it is envisaged that in order to avoid inadmissibly high blade tip speeds, which occur in the upper load speed range, the compressor wheel a Mitdrallgitter is upstream in the compressor inlet passage. This Mitdrallgitter has swirl vanes, which are the supplied combustion air Directs Mitdrallrichtung the rotating compressor wheel, causing the resulting velocity vectors in the area of the leaf tips to values below the supersonic range be reduced. The Mitdrallgitter deflects the axial Radzströmömung, At the same time, the peripheral speed of the compressor wheel remains the same being compared in the sum of both velocity vectors for the uninfluenced axial Radzströmömung a reduction of the resulting Speed vector is achieved.

Aufgrund einer vorteilhaften Schaufelkanalgestaltung bei gewünschtem Schaufeleintrittswinkel beträgt der Nabendurchmesser der Verdichterradnabe mindestens 40% des Eintrittsaußendurchmessers der Verdichterradschaufeln. Diese verhältnismäßig große Ausführung des Nabendurchmessers hat eine Anhebung des Massenträgheitsmomentes zur Folge, wodurch mehr Rotationsenergie im umdrehenden Lader gespeichert werden kann. Andererseits wird das größere Massenträgheitsmoment bei niedrigen Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine durch die Wirkungsgradverbesserung in der Kaltluft- Turbinenbetriebsweise aufgrund der neuartigen Schaufelaußenkontur ausgeglichen.by virtue of an advantageous blade channel design when desired Blade entry angle is the hub diameter of the compressor wheel hub is at least 40% of the inlet outer diameter of the Compressor wheel. This relatively large version of the hub diameter has an increase in the mass moment of inertia result, which stored more rotational energy in the reversing loader can be. On the other hand, the larger moment of inertia becomes at low loads and speeds of the engine through the efficiency improvement in the cold air turbine mode of operation due to the new blade outer contour balanced.

Für den Fall, dass der Schaufelgrößenwert größer als 100% ist – Eintrittsaußendurchmesser der Verdichterradschaufeln größer als Austrittsaußendurchmesser –, kann das Verdichterrad zweiteilig aufgebaut und im Bereich der Anströmseite mit einem Vorsatz-Läuferrad ausgestattet sein, das einen größeren Schaufeldurchmesser als die auf der Verdichterradnabe angeordneten Verdichterradschaufeln aufweist. Ein derartiges, zweiteilig aufgebautes Verdichterrad ist mit einfachen Maßnahmen zu realisieren.In the case, that the bucket size value is greater than 100% is - inlet outside diameter the compressor wheel blades are larger than Outlet outside diameter -, can the compressor built in two parts and in the area of the inflow side with a header impeller be equipped with a larger blade diameter as the compressor wheel blades arranged on the compressor wheel hub having. Such a two-piece constructed compressor wheel is with simple measures to realize.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further Advantages and expedient designs are the further claims, the figure description and the drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, 1 a schematic representation of a supercharged internal combustion engine,

2 einen Schnitt durch den Verdichter in einem Abgasturbolader, dessen Verdichterrad einen vergrößerten Eintrittsaußendurchmesser aufweist, 2 a section through the compressor in an exhaust gas turbocharger whose compressor wheel has an enlarged inlet outer diameter,

3 eine vergrößerte Darstellung des Verdichterrades. 3 an enlarged view of the compressor wheel.

Die in 1 dargestellte Brennkraftmaschine 1 – ein Ottomotor oder ein Dieselmotor – ist mit einem Abgasturbolader 2 ausgestattet, der eine Abgasturbine 3 im Abgasstrang 4 und einen Verdichter 5 im Ansaugtrakt 6 umfasst. Das Turbinenrad in der Abgasturbine 3 ist über eine Welle 7 drehfest mit dem Verdichterrad im Verdichter 5 verbunden. Die Abgasturbine 3 ist mit einer variablen Turbinengeometrie 8 zur veränderlichen Einstellung des wirksamen Turbineneintrittsquerschnittes zwischen einer minimalen Stauposition und einer maximalen Öffnungsposition versehen.In the 1 illustrated internal combustion engine 1 - A gasoline engine or a diesel engine - is with an exhaust gas turbocharger 2 equipped with an exhaust gas turbine 3 in the exhaust system 4 and a compressor 5 in the intake tract 6 includes. The turbine wheel in the exhaust gas turbine 3 is about a wave 7 non-rotatable with the compressor wheel in the compressor 5 connected. The exhaust gas turbine 3 is with a variable turbine geometry 8th provided for variable adjustment of the effective turbine inlet cross-section between a minimum stowed position and a maximum opening position.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird das Turbinenrad in der Abgasturbine 3 von den unter Druck stehenden Abgasen der Brennkraftmaschine angetrieben. Die Drehbewegung des Turbinenrades wird über die Welle 7 auf das Verdichterrad im Verdichter 5 übertragen, woraufhin Verbrennungsluft unter Umgebungsdruck angesaugt und auf einen erhöhten Druck verdichtet wird. Stromab des Verdichters 5 befindet sich im Ansaugtrakt 6 ein Ladeluftkühler 9, in welchem die verdichtete Luft gekühlt wird. Anschließend wird die Luft unter Ladedruck den Zylindern der Brennkraftmaschine 1 zugeführt.During operation of the internal combustion engine, the turbine wheel in the exhaust gas turbine 3 driven by the pressurized exhaust gases of the internal combustion engine. The rotational movement of the turbine wheel is over the shaft 7 on the compressor wheel in the compressor 5 transferred, whereupon combustion air is sucked under ambient pressure and compressed to an elevated pressure. Downstream of the compressor 5 is located in the intake tract 6 a charge air cooler 9 in which the compressed air is cooled. Subsequently, the air under boost pressure to the cylinders of the internal combustion engine 1 fed.

Der Brennkraftmaschine 1 ist außerdem eine Abgasrückführungseinrichtung 10 zugeordnet, die eine Abgasrückführleitung 11 umfasst, welche vom Abgasstrang 4 stromauf der Abgasturbine 3 abzweigt und in den Ansaugtrakt 6 stromab des Ladeluftkühlers 9 einmündet. In der Abgasrückführleitung 11 befindet sich ein einstellbares Sperrventil 12 und ein Abgaskühler 13.The internal combustion engine 1 is also an exhaust gas recirculation device 10 associated with an exhaust gas recirculation line 11 includes, which from the exhaust system 4 upstream of the exhaust gas turbine 3 branches off and into the intake tract 6 downstream of the intercooler 9 opens. In the exhaust gas recirculation line 11 there is an adjustable shut-off valve 12 and an exhaust gas cooler 13 ,

Sämtliche Aggregate der Brennkraftmaschine 1 werden in Abhängigkeit von Zustands- und Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine sowie der Aggregate selbst von Stellsignalen einer Regel- und Steuereinheit 14 eingestellt. Dies betrifft insbesondere die variable Turbinengeometrie 8 und das Sperrventil 12 in der Abgasrückführleitung 11.All units of the internal combustion engine 1 be depending on state and operating variables of the internal combustion engine and the units themselves of actuating signals of a control and control unit 14 set. This concerns in particular the variable turbine geometry 8th and the check valve 12 in the exhaust gas recirculation line 11 ,

Wie 2 zu entnehmen, ist das Verdichterrad 16 mit der Verdichterradnabe 18 und den Verdichterradschaufeln 19 drehbar im Verdichtereinlasskanal 17 im Verdichtergehäuse 15 gelagert. Der Antrieb des Verdichterrades erfolgt über die Welle 7. In der unteren Bildhälfte von 2 – unterhalb der Längsachse 20 – ist das Verdichterrad 16 wie aus dem Stand der Technik bekannt dargestellt. In der oberen Bildhälfte ist das Verdichterrad 16 dagegen mit der erfindungsgemäßen Ausbildung dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Außenkontur der Verdichterradschaufeln 19 des erfindungsgemäßen Verdichterrades eine zylindrische Einhüllende bildet, bei der der Zylindermantel parallel zur Längsachse 20 verläuft. Dies bedeutet, dass die Außenkontur der Verdichterradschaufeln 19 über ihre axiale Länge gesehen parallel zur Längsachse 20 liegt und jeder Punkt auf der Außenkontur den gleichen Abstand zur Längsachse besitzt. Im Stand der Technik dagegen, wie auf der unteren Bildhälfte dargestellt, besitzt die Außenkontur der Verdichterradschaufeln im Bereich der Anströmseite einen kleineren Durchmesser als im Bereich der Abströmseite.As 2 is the compressor wheel 16 with the compressor hub 18 and the compressor wheel blades 19 rotatable in the compressor inlet channel 17 in the compressor housing 15 stored. The drive of the compressor wheel takes place via the shaft 7 , In the lower half of 2 - below the longitudinal axis 20 - is the compressor wheel 16 as shown in the prior art. In the upper half of the picture is the compressor wheel 16 in contrast, shown with the inventive training. It can be seen that the outer contour of the compressor wheel blades 19 the compressor wheel according to the invention forms a cylindrical envelope, wherein the cylinder jacket parallel to the longitudinal axis 20 ver running. This means that the outer contour of the compressor wheel blades 19 seen along its axial length parallel to the longitudinal axis 20 is located and each point on the outer contour has the same distance to the longitudinal axis. In contrast, in the prior art, as shown on the lower half of the figure, the outer contour of the compressor wheel blades in the region of the inflow side has a smaller diameter than in the region of the downstream side.

Im Verdichtereinlasskanal 17 ist eine hülsenförmige, axial verschiebliche Trennwand 21 angeordnet, die einen ringförmigen Zusatzkanal 22 von dem Verdichtereinlasskanal 17 abteilt. Eine Stirnseite der Trennwand 21 wird von einem Stempel 23 beaufschlagt, wodurch die Trennwand 21 in Richtung auf den dam Verdichterrad benachbarten Gehäusewandabschnitt gedrückt wird. Die Trennwand 21 ist von einem nicht dargestellten Federelement in die Gegenrichtung kraftbeaufschlagt, so dass bei zurückgezogenem Stempel 23 eine Mündungsöffnung des Zusatzkanals 22 in den Verdichtereinlasskanal 17 freigegeben wird, die sich axial in Höhe der Verdichterradschaufeln 19 befindet und in der gegebenenfalls ein Drallgitter angeordnet sein kann. Die über den Zusatzkanal 22 und die freigegebene Mündungsöffnung einströmende Verbrennungsluft trifft nahezu in Umfangsrichtung auf die Verdichterradschaufeln 19 auf und versetzt diesen einen Drehimpuls. Diese Betriebsweise wird insbesondere im unteren Last- und Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine durchgeführt, in der über dem Verdichter ein Druckabfall herrscht, der es ermöglicht, den Verdichter im so genannten Kaltluft-Turbinenbetrieb zu betreiben, bei dem über das Verdichterrad Antriebsleistung aufgenommen wird, wodurch die Laderdrehzahl auch in diesen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine auf einem Mindestniveau gehalten werden kann.In the compressor inlet channel 17 is a sleeve-shaped, axially movable partition 21 arranged, which has an annular additional channel 22 from the compressor inlet passage 17 divides. An end face of the partition 21 is from a stamp 23 subjected to, causing the partition 21 in the direction of the dam compressor wheel adjacent housing wall section is pressed. The partition 21 is subjected to a non-illustrated spring element in the opposite direction, so that when withdrawn stamp 23 a mouth opening of the additional channel 22 in the compressor inlet channel 17 is released, which is axially equal to the compressor wheel blades 19 located and in which optionally a swirl grid can be arranged. The over the additional channel 22 and the released orifice opening combustion air impinges almost circumferentially on the Verdichterradschaufeln 19 and puts this one angular momentum. This mode of operation is carried out in particular in the lower load and speed range of the internal combustion engine, in which there is a pressure drop across the compressor, which makes it possible to operate the compressor in the so-called cold air turbine mode in which the compressor wheel drive power is absorbed, whereby the supercharger speed can be maintained at a minimum level in these operating ranges of the internal combustion engine.

Mit zunehmender Last- und Drehzahl wird der Stempel 23 soweit zurückgefahren, bis ein unmittelbarer Strömungsweg an der dem Stempel benachbarten Stirnkante der Trennwand 21 vorbei in Richtung auf die axiale Stirnseite des Verdichterrades freigegeben ist. Der Großteil der heranzuführenden Verbrennungsluft strömt in dieser Situation axial auf das Verdichterrad zu, das über die Welle 7 von dem Turbinenrad angetrieben wird. Die Verbrennungsluft wird von dem Verdichterrad in diesen Betriebszuständen auf einen erhöhten Ladedruck komprimiert.With increasing load and speed of the stamp 23 moved back so far, to an immediate flow path at the adjacent end of the stamp edge of the partition 21 is released over in the direction of the axial end face of the compressor wheel. In this situation, most of the combustion air to be introduced flows axially towards the compressor wheel, which is above the shaft 7 is driven by the turbine wheel. The combustion air is compressed by the compressor in these operating conditions to an increased boost pressure.

In 2 ist außerdem ein den Verdichterradschaufeln 19 axial vorgelagertes Mitdrallgitter 28 dargestellt. Dieses Mitdrallgitter 28 umfasst über den Umfang verteilte Drallschaufeln, welche auf der Innenseite der hülsenförmigen Trennwand 21 angeordnet sind und in den Verdichtereinlasskanal 17 einragen. Die Drallschaufeln des Mitdrallgitters 28 besitzen in Radialrichtung gesehen nur eine geringe Erstreckung. Die axial herangeführte Verbrennungsluft erfährt beim Vorbeiströmen an den Drallschaufeln des Mitdrallgitters 28 einen in Umfangsrichtung weisenden Drall, wodurch der Geschwindigkeitsvektor der Verbrennungsluft im Bereich der Abströmseite, der sich durch Vektoraddition der Strömungsgeschwindigkeiten in Axialrichtung und in Umfangsrichtung zusammensetzt, reduziert wird. Aus diese Weise werden Strömungen im hohen Überschallbereich vermieden.In 2 is also a compressor blades 19 axially upstream Mitdrallgitter 28 shown. This Mitdrallgitter 28 comprises circumferentially distributed swirl vanes, which on the inside of the sleeve-shaped partition 21 are arranged and in the compressor inlet channel 17 protrude. The swirl vanes of the Mitdrallgitters 28 have only a small extent in the radial direction. The axially brought combustion air undergoes when flowing past the swirl blades of Mitdrallgitters 28 a circumferentially facing swirl, whereby the velocity vector of the combustion air in the downstream side, which is composed by vector addition of the flow velocities in the axial direction and in the circumferential direction, is reduced. In this way, currents in the high supersonic range are avoided.

In 3 ist eine vergrößerte Darstellung des Verdichterrades 16 gezeigt. Die heranzuführende Verbrennungsluft wird axial in Pfeilrichtung 24 auf die axiale Anströmseite 25 der Verdichterradschaufeln 19 geleitet. Über die Abströmseite 26, die die Außenkontur der Verdichterradschaufeln darstellt, wird die Verbrennungsluft radial in Pfeilrichtung 27 abgeleitet.In 3 is an enlarged view of the compressor wheel 16 shown. The approaching combustion air is axially in the arrow direction 24 on the axial inflow side 25 the compressor wheel blades 19 directed. About the downstream side 26 , which represents the outer contour of the compressor wheel blades, the combustion air is radially in the arrow direction 27 derived.

Aus einer Verknüpfung des Eintrittsaußendurchmessers d1t der Verdichterradschaufeln, gemessen im Bereich der Anströmseite, mit dem Austrittsaußendurchmesser d2 der Verdichterradschaufeln, gemessen im Bereich der Abströmseite, wird ein Schaufelgrößenwert Trim als Quadrat des Verhältnisses von Eintrittsaußendurchmesser d1t zu Austrittsaußendurchmesser d2 nach folgendem Zusammenhang berechnet:

Figure 00090001
wobei der Schaufelgrößenwert Trim idealerweise in folgendem Wertebereich liegt:
85% ≤ Trim ≤ 115%.From a combination of the inlet outer diameter d 1t of the compressor impeller blades, measured in the upstream side, with the outlet outer diameter d 2 of the compressor impeller blades, measured in the region of the downstream side, a blade size Trim is calculated as the square of the ratio of inlet outer diameter d 1t to outlet outer diameter d 2 in the following relationship :
Figure 00090001
where the bucket size value Trim ideally lies in the following value range:
85% ≤ Trim ≤ 115%.

Dies bedeutet, dass der Eintrittsaußendurchmesser d1t im Bereich der Anströmseite 25 mindestens etwa 92% und höchstens etwa 107% des Austrittsaußendurchmessers d2 im Bereich der Abströmseite 26 betragen muss bzw. darf.This means that the inlet outer diameter d 1t in the region of the upstream side 25 at least about 92% and at most about 107% of the outlet outer diameter d 2 in the region of the downstream side 26 must or may be.

In einer bevorzugten Ausführung beträgt der Schaufelgrößenwert Trim 100, was bedeutet, dass der Eintrittsaußendurchmesser d1t und der Austrittsaußendurchmesser d2 gleich groß sind und die Verdichterradschaufeln 19 eine walzenförmige Kontur besitzen, was in 3 mit durchgezogener Linie dargestellt ist. Mit gestrichelten Linien sind dagegen ein kleinerer Wert und ein größerer Wert für die Kennzahl Trim und für den Eintrittsaußendurchmesser d1t dargestellt.In a preferred embodiment, the bucket size value is trim 100 , which means that the inlet outer diameter d 1t and the outlet outer diameter d 2 are the same size and the compressor wheel blades 19 have a roller-shaped contour, which is in 3 is shown by a solid line. By dashed lines, however, a smaller value and a larger value for the ratio trim and for the inlet outer diameter d 1t are shown.

Als weiteres, die Größenverhältnisse im Verdichterrad bestimmendes Merkmal wird das Verhältnis von Nabendurchmesser d1N der Verdichterradnabe zum Eintrittsaußenmesser d1t der Verdichterradschaufeln auf einen Mindestwert gesetzt. Zweckmäßig beträgt das Verhältnis mindestens 40%:

Figure 00100001
was bedeutet, dass der Nabendurchmesser d1N mindestens 40% des Wertes des Eintrittsaußendurchmessers d1t beträgt. Durch die Wahl dieser verhältnismäßig großen Verdichterradnabe wird das Trägheitsmoment des Verdichterrades erhöht, wodurch das Verdichterrad in der Lage ist, mehr Rotationsenergie speichern zu können.As a further characteristic determining the size ratios in the compressor wheel, the ratio of hub diameter d 1N of the compressor wheel hub to inlet outer diameter d 1t of the compressor wheel blades is set to a minimum value. Appropriately, the ratio is at least 40%:
Figure 00100001
which means that the hub diameter d 1N is at least 40% of the value of the inlet external diameter d 1t . By choosing this relatively large Verdichterradnabe the moment of inertia of the compressor wheel is increased, whereby the compressor wheel is able to store more rotational energy can.

Claims (8)

Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einer Abgasturbine (3) im Abgasstrang (4) und einem Verdichter (5) im Ansaugtrakt (6) der Brennkraftmaschine (1), wobei ein Turbinenrad in der Abgasturbine über eine Welle (7) mit einem Verdichterrad (16) im Verdichter (5) gekoppelt ist und das Verdichterrad (16) eine Verdichterradnabe (18) und Verdichterradschaufeln (19) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur der Verdichterradschaufeln (19) in der Weise geformt ist, dass ein Schaufelgrößenwert (Trim), der gemäß der Beziehung
Figure 00110001
zu ermitteln ist, in folgendem Bereich liegt: 85%≤ Trim≤ 115%, wobei mit d1t der Eintrittsaußendurchmesser der Verdichterradschaufeln (19) im Bereich der Anströmseite (25), d2 der Austrittsaußendurchmesser der Verdichterradschaufeln (19) im Bereich der Abströmseite (26) bezeichnet ist.Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, with an exhaust gas turbine ( 3 ) in the exhaust line ( 4 ) and a compressor ( 5 ) in the intake tract ( 6 ) of the internal combustion engine ( 1 ), wherein a turbine wheel in the exhaust gas turbine via a shaft ( 7 ) with a compressor wheel ( 16 ) in the compressor ( 5 ) and the compressor wheel ( 16 ) a compressor hub ( 18 ) and compressor blades ( 19 ), characterized in that the outer contour of the compressor wheel blades ( 19 ) is shaped in such a way that a blade size (trim), which according to the relationship
Figure 00110001
is to be determined in the following range: 85% ≤ Trim≤ 115%, where d 1t is the inlet outer diameter of the compressor wheel blades ( 19 ) in the region of the inflow side ( 25 ), d 2 is the exit outer diameter of the compressor wheel blades ( 19 ) in the region of the downstream side ( 26 ). Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaufelgrößenwert (Trim) gleich 100% ist.Exhaust gas turbocharger according to claim 1, characterized in that that the blade size value (Trim) is equal to 100%. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Schaufelgrößenwert (Trim) größer als 100% das Verdichterrad (16) zweiteilig aufgebaut und im Bereich der Anströmseite ein Vorsatz-Läuferrad mit größerem Schaufeldurchmesser angeordnet ist.Exhaust gas turbocharger according to claim 1, characterized in that with a blade size value (trim) greater than 100% the compressor wheel ( 16 ) is constructed in two parts and in the region of the inflow side, a front-mounted impeller with a larger blade diameter is arranged. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Nabendurchmesser (d1N) der Verdichterradnabe (18) zum Eintrittsaußendurchmessers (d1t) der Verdichterradschaufeln (19), jeweils im Bereich der Anströmseite (25) gemessen, mindestens 40% beträgt:
Figure 00120001
Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ratio of hub diameter (d 1N ) of the compressor wheel hub ( 18 ) to the inlet outside diameter (d 1t ) of the compressor wheel blades ( 19 ), in each case in the region of the inflow side ( 25 ), at least 40% is:
Figure 00120001
 Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verdichterrad (16) ein Mitdrallgitter (28) im Verdichtereinlasskanal (17) vorgelagert ist.Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 4, characterized in that the compressor wheel ( 16 ) a Mitdrallgitter ( 28 ) in the compressor inlet duct ( 17 ) is upstream. Abgasturbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitdrallgitter (28) als Drallgitterring mit Drallschaufeln ausgebildet ist, die radial in den Verdichtereinlasskanal (17) einragen.Exhaust gas turbocharger according to claim 5, characterized in that the Mitdrallgitter ( 28 ) is formed as a swirl lattice ring with swirl vanes, which radially into the compressor inlet channel ( 17 ) protrude. Abgasturbolader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallschaufeln radial bis zum Erreichen der Außenkontur der Verdichterradschaufeln (19) in den Verdichtereinlasskanal (17) einragen.Exhaust gas turbocharger according to claim 6, characterized in that the swirl blades radially until reaching the outer contour of the compressor wheel blades ( 19 ) into the compressor inlet duct ( 17 ) protrude. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitdrallgitter (28) an einer axial verschieblichen Matrize gehalten ist, die einen Zusatzkanal (22), über den dem Verdichterrad (16) Zusatzluft zuführbar ist, vom Verdichtereinlasskanal (17) trennt.Exhaust gas turbocharger according to one of claims 5 to 7, characterized in that the Mitdrallgitter ( 28 ) is held on an axially displaceable die having an additional channel ( 22 ), over which the compressor wheel ( 16 ) Additional air can be supplied from the compressor inlet duct ( 17 ) separates.
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CN104314863A (en) * 2014-10-29 2015-01-28 湖南天雁机械有限责任公司 Gas compressor impeller with function of reducing axial load

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DE10049198A1 (en) * 2000-10-05 2002-04-11 Daimler Chrysler Ag Exhaust gas turbosupercharger has adjustable locking member in compressor inlet channel upstream of compressor vane wheel

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