[0001] Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Zur Steigerung des Wirkungsgrads von Brennkraftmaschinen ist es aus dem Stand der Technik bereits bekannt, Brennkraftmaschinen mit einer Abgasaufladung auszurüsten. Bei einer Abgasaufladung bzw. Turboaufladung wird aus einem Motor abgeleitetes Abgas in einer Turbine eines Abgasturboladers entspannt, wobei die Turbine einen Verdichter des Abgasturboladers antreibt, in welchem dem Motor zuzuführende Verbrennungsluft verdichtet wird. Zwischen den Verdichter des Abgasturboladers und den Motor ist ein Ladeluftkühler des Abgasturboladers geschaltet, um die verdichtete Verbrennungsluft auf eine definierte Temperatur abzukühlen. Über eine derartige Abgasaufladung bzw. Turboaufladung kann der Wirkungsgrad von Brennkraftmaschinen gesteigert werden.
[0003] Die Turbine des Abgasturboladers verfügt über ein Zuströmgehäuse, um den in der Turbine zu entspannenden Abgasstrom des Motors einem Turbinenrotor zuzuführen. Der Turbinenrotor umfasst eine Rotorscheibe sowie mehrere an der Rotorscheibe befestigte, zusammen mit der Rotorschreibe rotierende Laufschaufeln. Der in der Turbine entspannte Abgasstrom wird über ein Ausströmgehäuse aus der Turbine abgeleitet. Insbesondere der Turbinenrotor der Turbine des Abgasturboladers ist ein hochbelastetes Bauteil, welches hohen Temperaturen und hohen Fliehkräften standhalten muss. Nach dem Stand der Technik kommen zur Steigerung der Belastbarkeit des Turbinenrotors zunehmend höherwertige Werkstoffe zum Einsatz, diese sind jedoch teuer und erfordern aufwendige Bearbeitungsverfahren. Hierdurch erhöhen sich die Kosten für einen Abgasturbolader.
[0004] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, einen neuartigen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine zu schaffen.
[0005] Dieses Problem wird durch einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine gemäss Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäss ist in das Zuströmgehäuse eine Leitung für Kühlluft integriert, um Kühlluft auf die Rotorscheibe des Turbinenrotors zu leiten.
[0006] Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist in das Zuströmgehäuse der Turbine eine Leitung für Kühlluft integriert, um auf die Rotorscheibe des Turbinenrotors Kühlluft zu leiten. Durch eine aktive Kühlung der Rotorscheibe des Turbinenrotors kann der Wärmeeintrag in den Turbinenrotor reduziert werden. Dies macht den Einsatz zunehmend höherwertiger Werkstoffe im Bereich des Turbinenrotors überflüssig, wodurch auf aufwendige Bearbeitungsverfahren verzichtet werden kann. Hierdurch ergibt sich eine Kostenersparnis für Abgasturbolader.
[0007] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
<tb>Fig. 1:<sep>einen schematisierten Querschnitt durch ein Zuströmgehäuse einer Turbine eines erfindungsgemässen Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine;
<tb>Fig. 2:<sep>das Detail II der Fig. 1; und
<tb>Fig. 3:<sep>das Detail III der Fig. 1.
[0008] Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 3 im grösseren Detail beschrieben.
[0009] Fig. 1 bis 3 zeigen einen Querschnitt durch ein Zuströmgehäuse 10 einer Turbine eines erfindungsgemässen Abgasturboladers. Das Zuströmgehäuse 10 verfügt über eine Zuströmöffnung 11, um im Sinne des Pfeils 12 einen in der Turbine des Abgasturboladers zu entspannenden Abgasstrom in die Turbine einzuführen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 umfasst das Zuströmgehäuse 11 eine sogenannte Anströmbirne 13, wobei die Anströmbirne 13 den in die Turbine eingeleiteten, zu entspannenden Abgasstrom nach radial aussen umlenkt und über einen sogenannten Düsenring 14 auf Laufschaufeln eines nicht-dargestellten Turbinenrotors leitet.
Der nicht-dargestellte Turbinenrotor verfügt neben den Laufschaufeln über eine Rotorscheibe, die auf der stromaufwärtigen Seite derselben gegenüber dem zu entspannenden Abgasstrom von der Anströmbirne 13 abgedeckt bzw. abgetrennt ist. Die Anströmbirne 13 umschliesst auf der dem Turbinenrotor zugewandten Seite einen Hohlraum 15. An das Zuströmgehäuse 10 schliesst sich ein nicht-dargestelltes Ausströmgehäuse der Turbine des Abgasturboladers an, um den in der Turbine entspannten Abgasstrom aus derselben auszuleiten.
[0010] Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist in das Zuströmgehäuse 10 der Turbine des erfindungsgemässen Abgasturboladers eine Leitung 16 für Kühlluft integriert. Die Leitung 16 verfügt über einen Einführabschnitt 17 sowie einen Ausblasabschnitt 18, die um etwa 90[deg.] zueinander abgewinkelt sind. Der Einführabschnitt dient der Einführung von Kühlluft in das Zuströmgehäuse 10, der Ausblasabschnitt 18 hingegen richtet die in das Zuströmgehäuse 10 eingeführte Kühlluft auf die Rotorscheibe des nicht-dargestellten Turbinenrotors, um denselben zu kühlen. Der Ausblasabschnitt 18 der Leitung 16 verläuft gemäss Fig. 1 in etwa parallel zu einer Längsmittelachse 19 des Zuströmgehäuses 11, wobei die Längsmittelachse 19 mit einer Rotationsachse des nicht-dargestellten Turbinenrotors zusammenfällt.
Gemäss Fig. 1 liegt der Ausblasabschnitt 18 zentrisch auf der Längsmittelachse 19 des Zuströmgehäuses 10. Über den Ausblasabschnitt 18 ist die Kühlluft auf die heisse bzw. stromaufwärts liegende Seite der Rotorscheibe des Turbinenrotors richtbar. Der Einführabschnitt 17 verläuft in etwa senkrecht zum Ausblasabschnitt in radialer Richtung des Zuströmgehäuses 10.
[0011] Wie Fig. 1 entnommen werden kann, ist der Ausblasabschnitt 18 der Leitung 16 für die Kühlluft mit einem Abschnitt 20 in der Anströmbirne 13 geführt bzw. gelagert. Weiterhin ist ein stromabwärts liegendes Ende 21 des Ausblasabschnitts 18 in einem Halteblech 22 geführt bzw. gelagert, wodurch eine stabile Fixierung sowie zentrische Ausrichtung des Ausblasabschnitts 18 der Leitung 16 relativ zu der zu kühlenden Rotorscheibe des nicht-dargestellten Turbinenrotors etabliert wird. Zur Befestigung des stromabwärts liegenden Endes 21 des Ausblasabschnitts 18 am Halteblech 22 ist dem stromabwärts liegenden Ende 21 des Ausblasabschnitts 18 ein Fixierelement 23 zugeordnet, an welchem das Halteblech 22 gemäss Fig. 2über Schrauben 24 befestigt ist.
[0012] Gemäss Fig. 3 ist das Halteblech 22 über weitere Schrauben 25 radial aussen an der Anströmbirne 13 befestigt, wodurch der von der Anströmbirne umschlossene Hohlraum 15 gegenüber der Rotorscheibe des zu kühlenden Turbinenrotors abgetrennt wird. Hierdurch wird der von der Kühlluft zu kühlende Bereich reduziert, nämlich überwiegend auf den Raum zwischen der heissen bzw. stromaufwärts liegenden Seite der Rotorscheibe des Turbinenrotors und dem Halteblech 22.
[0013] Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung des erfindungsgemässen Abgasturboladers, bei welchem der Einführabschnitt 17 der Leitung 16 für die Kühlluft an den Ladeluftkühler des Abgasturboladers angeschlossen ist. In diesem Fall wird ein Teil der im Ladeluftkühler heruntergekühlten, dem Motor der Brennkraftmaschine zuzuführenden, verdichteten Verbrennungsluft als Kühlluft abgezweigt und zur Kühlung des Turbinenrotors über den Ausblasabschnitt 18 der Leitung 16 auf die Rotorscheibe des Turbinenrotors gerichtet. Alternativ ist es auch möglich, anderweitige Pressluft zur Kühlung des Turbinenrotors zu verwenden.
[0014] Der Leitung 16 für die Kühlluft ist vorzugsweise ein Sensor zugeordnet, um den Druck der Kühlluft innerhalb der Leitung 16 zu messen. Liegt der Druck innerhalb der Leitung 16 unterhalb eines definierten Grenzwerts, so liegt es im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, über eine ebenfalls nicht-dargestellte Regelungseinrichtung eine Lastreduktion für die Brennkraftmaschine einzuleiten. Bei Unterschreiten des vorgegebenen Drucks ist eine ausreichende Kühlung des Turbinenrotors nicht mehr gewährleistet, so dass die Last der Brennkraftmaschine reduziert werden muss.
[0015] Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird ein Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei der Turbinenrotor der Turbine des erfindungsgemässen Abgasturboladers aktiv gekühlt wird. Hierzu ist in das Zuströmgehäuse der Turbine eine Leitung für Kühlluft integriert, welche die Kühlluft auf die Rotorscheibe des Turbinenrotors leitet. Vorzugsweise wird als Kühlluft vom Ladeluftkühler des Abgasturboladers ein Teil der verdichteten, dem Motor zuzuführenden Verbrennungsluft abgezweigt. Hierdurch wird eine autarke Kühlung des Turbinenrotors realisiert. Die erfindungsgemässe Kühlung des Turbinenrotors arbeitet im Betrieb wartungsfrei.
[0016] Vorzugsweise kommt der erfindungsgemässe Abgasturbolader bei Viertakt-Diesel-Brennkraftmaschinen zum Einsatz, bei welchen sehr hohe Abgastemperaturen herrschen.
Bezugszeichenliste
[0017]
<tb>10<sep>Zuströmgehäuse
<tb>11<sep>Zuströmöffnung
<tb>12<sep>Pfeil
<tb>13<sep>Anströmbirne
<tb>14<sep>Düsenring
<tb>15<sep>Hohlraum
<tb>16<sep>Leitung
<tb>17<sep>Einführabschnitt
<tb>18<sep>Ausblasabschnitt
<tb>19<sep>Längsmittelachse
<tb>20<sep>Abschnitt
<tb>21<sep>Ende
<tb>22<sep>Halteblech
<tb>23<sep>Fixierelement
<tb>24<sep>Schraube
<tb>25<sep>Schraube
The invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
To increase the efficiency of internal combustion engines, it is already known from the prior art to equip internal combustion engines with a turbocharger. In an exhaust charging or turbocharging, exhaust gas derived from an engine is expanded in a turbine of an exhaust gas turbocharger, wherein the turbine drives a compressor of the exhaust gas turbocharger in which combustion air to be supplied to the engine is compressed. Between the compressor of the exhaust gas turbocharger and the engine, a charge air cooler of the exhaust gas turbocharger is switched to cool the compressed combustion air to a defined temperature. About such exhaust charging or turbocharging the efficiency of internal combustion engines can be increased.
The turbine of the exhaust gas turbocharger has a Zuströmgehäuse to supply the relaxing in the turbine exhaust gas flow of the engine a turbine rotor. The turbine rotor comprises a rotor disk as well as a plurality of rotor blades attached to the rotor disk and rotating together with the rotor disk. The exhaust gas stream relaxed in the turbine is discharged from the turbine via a discharge housing. In particular, the turbine rotor of the turbine of the exhaust gas turbocharger is a highly loaded component, which must withstand high temperatures and high centrifugal forces. According to the prior art, to increase the load capacity of the turbine rotor increasingly higher quality materials are used, but these are expensive and require complex processing methods. This increases the cost of an exhaust gas turbocharger.
On this basis, the present invention is based on the problem to provide a novel exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine.
This problem is solved by an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine according to claim 1. According to the invention, a line for cooling air is integrated in the inlet housing in order to direct cooling air to the rotor disk of the turbine rotor.
For the purposes of the present invention, a line for cooling air is integrated in the Zuströmgehäuse the turbine to direct cooling air to the rotor disk of the turbine rotor. By actively cooling the rotor disk of the turbine rotor, the heat input into the turbine rotor can be reduced. This makes the use of increasingly higher-quality materials in the field of turbine rotor superfluous, which can be dispensed with complex processing methods. This results in a cost savings for exhaust gas turbocharger.
Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. An embodiment of the invention will be described, without being limited thereto, with reference to the drawing. Showing:
<Tb> FIG. 1: <sep> a schematic cross section through an inlet housing of a turbine of an exhaust gas turbocharger according to the invention for an internal combustion engine;
<Tb> FIG. 2: <sep> the detail II of Fig. 1; and
<Tb> FIG. 3: <sep> the detail III of FIG. 1.
Hereinafter, the present invention will be described with reference to Figs. 1 to 3 in more detail.
Fig. 1 to 3 show a cross section through an inlet housing 10 of a turbine of an inventive exhaust gas turbocharger. The inflow housing 10 has an inflow opening 11 in order, in the direction of the arrow 12, to introduce into the turbine an exhaust gas flow which is to be relaxed in the turbine of the exhaust-gas turbocharger. In the illustrated embodiment of FIG. 1, the inflow housing 11 comprises a so-called inflow bulb 13, wherein the inflow bulb 13 deflects the introduced into the turbine to relaxing exhaust gas flow radially outward and passes through a so-called nozzle ring 14 on blades of a turbine rotor, not shown.
The turbine rotor, not shown, has, in addition to the rotor blades, a rotor disk which is covered or separated on the upstream side thereof from the exhaust gas flow 13 to be relaxed with respect to the exhaust gas flow. The inflow bulb 13 encloses a cavity 15 on the side facing the turbine rotor. An inflow housing 10 of the turbine of the exhaust gas turbocharger adjoins the inflow housing 10 in order to discharge the exhaust gas flow relaxed in the turbine from the same.
For the purposes of the present invention, a line 16 is integrated for cooling air in the Zuströmgehäuse 10 of the turbine of the inventive exhaust gas turbocharger. The line 16 has an insertion section 17 and a blow-out section 18, which are angled at approximately 90 ° to each other. The introducing portion is for introducing cooling air into the inflow housing 10, while the blow-off portion 18 directs the cooling air introduced into the inflow housing 10 onto the rotor disk of the turbine rotor, not shown, to cool the same. According to FIG. 1, the blow-out section 18 of the line 16 runs approximately parallel to a longitudinal central axis 19 of the inflow housing 11, the longitudinal central axis 19 coinciding with an axis of rotation of the turbine rotor (not shown).
According to FIG. 1, the blow-off section 18 is located centrically on the longitudinal central axis 19 of the inflow housing 10. The blow-out section 18 can be used to direct the cooling air onto the hot or upstream side of the rotor disk of the turbine rotor. The insertion section 17 extends approximately perpendicular to the blow-off section in the radial direction of the inflow housing 10.
As can be seen in Fig. 1, the blow-out portion 18 of the conduit 16 is guided or stored for the cooling air with a portion 20 in the Anströmmbirne 13. Furthermore, a downstream end 21 of the Ausblasabschnitts 18 is guided or stored in a holding plate 22, whereby a stable fixation and centric alignment of the Ausblasabschnitts 18 of the conduit 16 is established relative to the rotor disk to be cooled of the turbine rotor, not shown. For fixing the downstream end 21 of the blow-out section 18 on the holding plate 22, the downstream end 21 of the blow-out section 18 is assigned a fixing element 23 to which the holding plate 22 according to FIG. 2 is fastened by means of screws 24.
According to Fig. 3, the retaining plate 22 is fixed by other screws 25 radially outward on the Anströmbirne 13, whereby the space enclosed by the Anströmbirne cavity 15 is separated from the rotor disk of the turbine rotor to be cooled. As a result, the area to be cooled by the cooling air is reduced, namely predominantly to the space between the hot side or the upstream side of the rotor disk of the turbine rotor and the retaining plate 22.
Particularly preferred is an embodiment of the exhaust gas turbocharger according to the invention, in which the introduction section 17 of the conduit 16 is connected for the cooling air to the charge air cooler of the exhaust gas turbocharger. In this case, a part of the cooled down in the intercooler, the engine of the internal combustion engine to be supplied, compressed combustion air is diverted as cooling air and directed to the cooling of the turbine rotor via the Ausblasabschnitt 18 of the conduit 16 to the rotor disk of the turbine rotor. Alternatively, it is also possible to use other compressed air for cooling the turbine rotor.
The conduit 16 for the cooling air is preferably associated with a sensor to measure the pressure of the cooling air within the conduit 16. If the pressure within the line 16 below a defined limit, it is within the meaning of the present invention to initiate a load reduction for the internal combustion engine via a likewise not-shown control device. When falling below the predetermined pressure sufficient cooling of the turbine rotor is no longer guaranteed, so that the load of the internal combustion engine must be reduced.
For the purposes of the present invention, an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine is proposed, wherein the turbine rotor of the turbine of the inventive exhaust gas turbocharger is actively cooled. For this purpose, a line for cooling air is integrated in the Zuströmgehäuse the turbine, which conducts the cooling air to the rotor disk of the turbine rotor. Preferably, part of the compressed combustion air to be supplied to the engine is diverted as cooling air from the charge air cooler of the exhaust gas turbocharger. As a result, a self-sufficient cooling of the turbine rotor is realized. The cooling of the turbine rotor according to the invention operates maintenance-free during operation.
Preferably, the exhaust gas turbocharger according to the invention is used in four-stroke diesel internal combustion engines, in which very high exhaust gas temperatures prevail.
LIST OF REFERENCE NUMBERS
[0017]
<Tb> 10 <sep> inflow housing
<Tb> 11 <sep> inflow
<Tb> 12 <sep> Arrow
<Tb> 13 <sep> Anströmbirne
<Tb> 14 <sep> nozzle ring
<Tb> 15 <sep> cavity
<Tb> 16 <sep> Line
<Tb> 17 <sep> insertion
<Tb> 18 <sep> blowout
<Tb> 19 <sep> longitudinal central axis
<Tb> 20 <sep> section
<Tb> 21 <sep> End
<Tb> 22 <sep> Halteblech
<Tb> 23 <sep> fixing
<Tb> 24 <sep> Bolt
<Tb> 25 <sep> Bolt