DE102005032002A1 - Supercharger for internal combustion (IC) engine used in automobile, has turbine wheel having low and high pressure stages each consisting of turbine blades - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.The The invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine according to the preamble of Claim 1 and an internal combustion engine according to the preamble of the claim 12th
Abgasturbolader werden sowohl bei fremdgezündeten als auch bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen zur Erhöhung der Zylinderladung eingesetzt. Die Erhöhung der Zylinderladung führt neben einer Leistungssteigerung zu einer Steigerung des Verbrennungsluftverhältnisses und damit bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen zu einer Reduzierung der Russbildung im unteren und mittleren Last- und Drehzahlbereich und kann, je nach Verbrennungstemperatur, eine Reduzierung der Stickoxydemissionen zur Folge haben.turbocharger are both foreign-charged as well as self-igniting Internal combustion engines to increase used the cylinder charge. The increase of the cylinder charge leads next an increase in output to an increase in the combustion air ratio and thus with auto-igniting Internal combustion engines to reduce soot formation in the lower and medium load and speed range and, depending on the combustion temperature, reduce nitrogen oxide emissions.
Die Reduzierung der Schadstoffemissionen durch eine Abgasrückführung ist, sowohl bei fremdgezündeten als auch bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen, heute Stand der Technik. Je höher die Abgasrückführrate ist, desto geringer können die Schadstoffemissionen sein. Die Abgasrückführung bringt bei gleich bleibendem Aufladegrad einen Leistungsverlust der Brennkraftmaschine mit sich. Um diesen Leistungsverlust zu verhindern, oder neben der Abgasrückführung die Leistung zu steigern, muss der Aufladegrad beziehungsweise der Ladedruck angehoben werden. Die Anhebung des Aufladegrades beziehungsweise des Ladedruckes wird heute durch eine mehrstufige Aufladung erzielt. Diese mehrstufige Aufladung führt zu einem hohen Bauraumbedarf, da eine Unterbringung in einem vorgegebenen Motorraum der mindestens zwei Abgasturbolader realisiert werden muss.The Reduction of pollutant emissions through exhaust gas recirculation both externally ignited as well as self-igniting Internal combustion engines, today state of the art. The higher the Exhaust gas recirculation rate is, the lower you can be the pollutant emissions. The exhaust gas recirculation brings at the same Aufladegrad a performance loss of the internal combustion engine with it. To prevent this loss of power, or in addition to the exhaust gas recirculation To increase performance, the degree of supercharging or the boost pressure must be raised. The increase of the supercharging degree respectively the boost pressure is achieved today by a multi-stage charge. This multi-stage charge leads to a high space requirement, since a housing in a given Engine compartment of the at least two exhaust gas turbochargers are realized got to.
Aus
der gattungsgemäßen europäischen Patentschrift
Die Komprimierung der angesaugten Luft in der Niederdruckstufe ist abhängig von der Drehzahl des Abgasturboladers. Im niedrigen Drehzahlbereich des Abgasturboladers strömt die angesaugte Luft durch die Verdichterradbeschaufelung, ohne dass sie komprimiert wird beziehungsweise ohne dass sich der Ladedruck wesentlich steigert. Eine Verdichtung der angesaugten Luft schon in der ersten Verdichterradbeschaufelung, und zwar der Niederdruckstufe, tritt erst ab einer mittleren bis hohen Drehzahl des Abgasturboladers ein.The Compression of the intake air in the low-pressure stage depends on the speed of the exhaust gas turbocharger. In the low speed range of Exhaust gas turbocharger flows the sucked air through the Verdichterradbeschaufelung without that it is compressed or without the boost pressure significantly increases. A compression of the intake air already in the first Verdichterradbeschaufelung, namely the low-pressure stage occurs only from a medium to high speed of the exhaust gas turbocharger one.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, neben der Steigerung des Aufladegrades der Brennkraftmaschine und der damit verbundenen möglichen Steigerung der Abgasrückführmenge einen kompakten, bauraumreduzierten Abgasturbolader bereitzustellen.The Object of the present invention is, in addition to the increase the degree of supercharging of the internal combustion engine and the associated possible Increase in exhaust gas recirculation quantity To provide a compact, space-reduced exhaust gas turbocharger.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.These Task is solved by an exhaust gas turbocharger with the features of claim 1 as well by an internal combustion engine with the features of claim 12. The dependent claims give expedient further education at.
Der erfindungsgemäße Abgasturbolader weist eine zweistufig ausgebildete Turbine auf. Mit der zweistufigen Turbine kann eine Erhöhung des Aufladegrades der Brennkraftmaschine erreicht werden. Auf einer Nabe der Turbine sind eine erste Turbinenradbeschaufelung einer ersten Druckstufe und eine zweite Turbinenradbeschaufelung einer zweiten Druckstufe angeordnet. Diese bauraumreduzierte, kompakte Anordnung der beiden Druckstufen wird dadurch erreicht, dass die zweite Turbinenradbeschaufelung der zweiten Druckstufe am Radrücken der ersten Turbinenradbeschaufelung der ersten Druckstufe und beide Turbinenradbeschaufelungen auf der gemeinsamen Nabe angeordnet ist.Of the has exhaust gas turbocharger according to the invention a two-stage turbine on. With the two-stage turbine can be an increase the Aufladegrades the internal combustion engine can be achieved. On a Hub of the turbine are a first turbine wheel blading one first pressure stage and a second turbine wheel blading a second pressure level arranged. This space-saving, compact Arrangement of the two pressure levels is achieved in that the second Turbinenradbeschaufelung the second pressure stage at Radrücken the first turbine wheel blading of the first pressure stage and both Turbine wheel blading is arranged on the common hub.
In einer Ausgestaltung nach Anspruch 2 ist die erste Turbinenradbeschaufelung über eine erste Flut und die zweite Turbinenradbeschaufelung über eine zweite und dritte Flut anströmbar. Die Trennung der Fluten bietet die Möglichkeit eine der Turbinenradbeschaufelungen beziehungsweise eine der Druckstufen zu umgehen.In an embodiment according to claim 2, the first turbine wheel blading on a first flood and the second turbine wheel blading over one the second and third tide can be applied. The separation of the floods offers the possibility of one of the Turbinenradbeschaufelungen or bypass one of the pressure levels.
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 3 sind die zweite und die dritte Flut mit unterschiedlich großen Strömungsquerschnitten ausgebildet. Durch die unterschiedlich großen Strömungsquerschnitte liegen unterschiedliche Drücke in den Fluten vor, so dass der Druckunterschied in den Strömungsquerschnitten zur Strömung das Abgases von einer Flut in die andere und damit zur Erhöhung der Abgasrückführmenge nutzbar ist.In a further embodiment according to claim 3, the second and formed the third tide with different sized flow cross sections. Due to the different sizes Flow areas are different pressures in the floods before, so that the pressure difference in the flow cross sections to the flow the exhaust gas from one flood to the other and thus to increase the exhaust gas recirculation amount is usable.
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 4 sind zur Wirkungsgradsteigerung der Turbine in unterschiedlichen Betriebspunkten die Druckstufen zweckmäßigerweise von unterschiedlicher Größe. Die erste Druckstufe ist eine Niederdruckstufe und die zweite Druckstufe ist eine Hochdruckstufe. Eine Entspannung des Abgases in der Niederdruckstufe bietet die Möglichkeit bei großen Abgasmengen, wie sie zum Beispiel im oberen Lastbereich der Brennkraftmaschine auftreten, einen günstigen Wirkungsgrad der Turbine zu erreichen. In der Hochdruckstufe kann schon mit einer geringen Abgasmenge, wie sie zum Beispiel im niedrigen Lastbereich der Brennkraftmaschine auftritt, ein günstiger Wirkungsgrad der Turbine erzielt werden.In a further embodiment according to claim 4, the pressure to increase the efficiency of the turbine at different operating points stages suitably of different sizes. The first pressure stage is a low pressure stage and the second pressure stage is a high pressure stage. A relaxation of the exhaust gas in the low-pressure stage offers the possibility for large amounts of exhaust gas, as they occur for example in the upper load range of the engine, to achieve a favorable efficiency of the turbine. In the high pressure stage, even with a small amount of exhaust gas, as occurs, for example, in the low load range of the internal combustion engine, a favorable efficiency of the turbine can be achieved.
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 5 sind die Druckstufen zweckmäßigerweise über eine Strömungsleitung miteinander verbunden.In A further embodiment according to claim 5, the pressure levels expediently via a flow line connected with each other.
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 6 ist der Verdichter zur Erhöhung des Aufladegrades der Brennkraftmaschine zweistufig ausgebildet.In A further embodiment according to claim 6 is the compressor to increase the charging of the engine formed in two stages.
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 7 weist ein Verdichterrad des Verdichters eine erste Verdichterradbeschaufelung und eine zweite Verdichterradbeschaufelung auf. Die zweite Verdichterradbeschaufelung ist bauraumreduzierend an einem Radrücken der ersten Verdichterradbeschaufelung des Verdichterrades vorgesehen.In a further embodiment according to claim 7, a compressor wheel the compressor, a first Verdichterradbeschaufelung and a second Verdichtradbeschaufelung on. The second Verdichterradbeschaufelung is space-saving on a Radrücken provided the first Verdichterradbeschaufelung the compressor wheel.
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 8 sind die Turbine und der Verdichter zweckmäßigerweise über eine Welle miteinander drehfest verbunden.In A further embodiment according to claim 8, the turbine and the compressor expediently via a Shaft rotatably connected with each other.
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 9 ist mindestens die von einem Lager des Abgasturboladers am weitesten entfernte Turbinenradbeschaufelung aus einem Werkstoff mit niedriger Dichte ausgebildet. Diese niedrige Dichte des Werkstoffs begünstigt die Dynamik und das Ansprechverhalten des Abgasturboladers.In a further embodiment according to claim 9 is at least the from a bearing of the exhaust gas turbocharger farthest turbine wheel blading made of a material with low density. This low Density of the material favors the dynamics and the response of the turbocharger.
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 10 ist der Werkstoff mit niedriger Dichte vorzugsweise ein keramischer Werkstoff oder ein Werkstoff, der keramikähnliche Eigenschaften aufweist.In a further embodiment according to claim 10, the material low density preferably a ceramic material or a material that is ceramic-like Features.
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 11 ist der Werkstoff mit niedriger Dichte vorzugsweise eine Legierung aus Titan und Aluminium.In a further embodiment according to claim 11, the material low density, preferably an alloy of titanium and aluminum.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine nach Anspruch 12 mit einem Abgasturbolader gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 weist zur Leistungsregelung des Abgasturboladers eine Steuereinrichtung auf, die die Abgasführung zur ersten, zur zweiten und zur dritten Flut steuert. Die Steuereinrichtung dient einer Leistungsregelung der Turbine.The according to the invention internal combustion engine Claim 12 with an exhaust gas turbocharger according to claims 1 to 11 has for power control the exhaust gas turbocharger on a control device which the exhaust gas duct to first, second and third flood controls. The control device serves to regulate the power of the turbine.
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 13 ist die Steuereinrichtung auch zur Dosierung der Abgasrückführmenge vorgesehen. Die Steuereinrichtung ist so einzustellen, dass der Druck in der mit einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine in Verbindung stehenden zweiten Flut steigt. Dies kann zum Beispiel über das Schließen der dritten Flut erreicht werden. Damit kann das Druckgefälle, welches zwischen der zweiten Flut und dem Ansaugtrakt besteht, erhöht werden, wodurch die Abgasrückführmenge gesteigert werden kann.In A further embodiment according to claim 13 is the control device also for metering the exhaust gas recirculation quantity intended. The control device should be set so that the Pressure in connection with an intake tract of the internal combustion engine standing second tide rises. This can be done, for example, over the Shut down the third flood can be achieved. Thus, the pressure gradient, which between the second tide and the intake tract is increased, whereby the exhaust gas recirculation amount can be increased.
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 14 ist die Steuereinrichtung vorzugsweise ein Drehschieber.In A further embodiment according to claim 14 is the control device preferably a rotary valve.
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 15 ist der dritten Flut ein Steuerelement zum Öffnen und Schließen der dritten Flut zugeordnet, so dass durch Schließen der dritten Flut zum Beispiel Abgas von der dritten Flut in die zweite Flut umgeblasen werden kann.In A further embodiment according to claim 15 is the third flood a control to open and closing assigned to the third flood, so by closing the third tide, for example, exhaust from the third tide to the second Tide can be blown over.
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 16 ist das Steuerelement zweckmäßigerweise als ein Durchfluss steuerndes Ventil ausgebildet.In a further embodiment according to claim 16 is the control expediently formed as a flow-controlling valve.
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 17 ist das Steuerelement zweckmäßigerweise als ein einstellbares Drosselorgan ausgebildet, zum Beispiel als eine Klappe.In a further embodiment according to claim 17 is the control expediently designed as an adjustable throttle body, for example as a flap.
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 18 ist zur Leistungsbegrenzung der Turbine im Motorbremsbetrieb die erste Flut von der Steuereinrichtung geöffnet.In A further embodiment according to claim 18 is for power limitation the turbine in engine braking the first tide from the controller open.
In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 19 ist zur Leistungssteigerung der Turbine im Motorbremsbetrieb die erste Flut von der Steuereinrichtung geschlossen.In A further embodiment according to claim 19 is to increase performance the turbine in engine braking the first tide from the controller closed.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen. Es zeigen:Further Advantages and expedient designs The invention are the other claims, the description of the figures and to take the drawing. Show it:
In den Figuren sind alle gleichen oder gleich wirkenden Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, all the same or equivalent components with the same reference numerals Mistake.
Die
in der
Der
Verdichter
Im
Betrieb der Brennkraftmaschine
Stromab
der Hochdruckstufe
Der
der Brennkraftmaschine
Die
Brennkraftmaschine
Die
Turbine
Eine
Strömungsleitung
Stromab
der Abzweigung der Abgasrückführleitung
Sämtliche
Aggregate der Brennkraftmaschine
In
der
Das
Turbinenrad
Des
Weiteren könnten
die beiden Turbinenräder
Das
Turbinenrad
Die
Steuereinrichtung
Die
Steuereinrichtung
Im
Betrieb der Brennkraftmaschine
Es
sollte durch entsprechende Schaltung der Steuereinrichtung
Die
Steuereinrichtung
Die
Walze
In
der in
Eine
weitere Stellung der Steuereinrichtung
In
zwei anderen Stellungen wird ermöglicht, dass
die Steuereinrichtung
Eine
genaue Zuordnung der Stellungen der Steuereinrichtung
Der
Steuereinrichtung
Eine
weitere Aufgabe der Steuereinrichtung
Eine
Umblasung des Abgases im Motorbremsbetrieb zählt ebenfalls zu den Aufgaben
der Steuereinrichtung
Bei
einer Leistungsbegrenzung der Turbine
Eine
hohe Leistung der Turbine
Im
Motorbremsbetrieb der Brennkraftmaschine
Zu
erwähnen
ist, dass in den transienten Phasen der Brennkraftmaschine
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102005032002A DE102005032002A1 (en) | 2005-07-08 | 2005-07-08 | Supercharger for internal combustion (IC) engine used in automobile, has turbine wheel having low and high pressure stages each consisting of turbine blades |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102005032002A DE102005032002A1 (en) | 2005-07-08 | 2005-07-08 | Supercharger for internal combustion (IC) engine used in automobile, has turbine wheel having low and high pressure stages each consisting of turbine blades |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102005032002A1 true DE102005032002A1 (en) | 2007-01-18 |
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ID=37563386
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DE102005032002A Withdrawn DE102005032002A1 (en) | 2005-07-08 | 2005-07-08 | Supercharger for internal combustion (IC) engine used in automobile, has turbine wheel having low and high pressure stages each consisting of turbine blades |
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Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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