DE10149287A1 - Abgas-Turbolader für eine Brennkraftmaschine mit einer schaltbaren Abgas-Turbolader-Anordnung - Google Patents

Abgas-Turbolader für eine Brennkraftmaschine mit einer schaltbaren Abgas-Turbolader-Anordnung

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Abstract

Abgas-Turbolader (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer schaltbaren Abgas-Turbolader-Anordnung, bestehend aus zumindest einem Abgas-Turbolader (1) mit zumindest einem Abgas-Einströmbereich (2) und zumindest einem Abgas-Sammler (5) mit zumindest einem Abgas-Ausströmbereich (7), wobei der Abgas-Einströmbereich (2) stromab an den Abgas-Ausströmbereich (7) angeordnet ist und einer Klappe (9) zum An- und Abschalten des Abgasmassenstromes vom Abgas-Ausströmbereich (7) in den Abgas-Einströmbereich (2), wobei die Klappe (9) in dem Abgas-Einströmbereich (2) angeordnet ist. DOLLAR A Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Abgas-Turboladers ist eine einfachere und kostengünstigere Herstellung möglich.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Abgas-Turbolader für eine Brennkraftmaschine mit einer schaltbaren Abgas-Turbolader-Anordnung, gemäß der Merkmale im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Die Erfindung geht aus von der DE 100 14 755 A1. In dieser ist eine Brennkraftmaschine mit einer zweistufigen, schaltbaren Abgas-Turbolader-Anordnung beschrieben. Diese Abgas-Turbolader-Anordnung umfasst einen Hochdrucklader mit einer Turbine, die einerseits mit dem Abgassammler der Brennkraftmaschine und anderseits mit der Turbine eines Niederdruckladers in Reihe verbunden ist. Ferner verfügt jede Turbine über einen steuerbaren Bypass. Der Verdichter des Hochdruckladers verfügt darüber hinaus über einen steuerbaren Ladeluft-Bypass. Die Bypass- Steuerungen sind mittels eines elektronischen Steuergeräts gesteuert bzw. geregelt, wobei bei aktiviertem Bypass der Hochdruck-Turbine der wesentliche Abgas- Massenstrom der Niederdruck-Turbine zugeführt ist. Dieser Abgas-Massenstrom kann von einer Klappe, die im Abgas-Sammler angeordnet ist, zu- und abgeschalten weiden.
  • Aufgrund der Klappenanordnung im Abgas-Sammler sind die Produktionskosten für den komplexen Abgas-Sammler relativ hoch.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellkosten für eine gattungsgemäße schaltbare Abgas-Turbolader-Anordnung zu reduzieren.
  • Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Abgas-Turboladers werden die Herstellkosten für den Abgas-Turbolader kaum erhöht, während die Herstellkosten für den Abgaskrümmer wesentlich verringert werden. Bei der ohnehin sehr aufwendigen und komplexen Produktion eines Abgasturboladers ist die Integration der Klappe problemlos und mit geringem Aufwand mit denselben Werkzeugen möglich, mit denen der Abgas-Turbolader selbst hergestellt wird. Demgegenüber fallen bei der Produktion des Abgas-Sammlers neben der üblichen Grundbearbeitung keine weiteren Bearbeitungsschritte, evtl. mit Sonderwerkzeugen, an. Als weitere Vorteile sind noch die Reduzierung von Größe und Anzahl der abgasseitigen Dichtstellen zu nennen. Dies führt zu Funktions- und Gewichtsvorteilen und somit wiederum zu Kostenvorteilen.
  • Bei hohen Abgastemperaturen besteht für die Klappendichtflächen die Gefahr der Heißkorrosion, die zu einer Funktionseinschränkung bzw. zum Funktionsausfall der Klappe führen kann. Daher ist es gemäß der Patentansprüche 2 und 3 besonders vorteilhaft, dass nur das Dichtelement, der Klappendichtring, aus einem hochwarmfesten und oxidationsbeständigen Werkstoff gefertigt wird. Durch diese konstruktive Ausgestaltung kann der Abgas-Sammler aus einem wesentlich kostengünstigeren Material produziert werden.
  • Gemäß Anspruch 5 kann die Dichtfläche einfach konstruktiv an die jeweils vorgegebenen baulichen Gegebenheiten angepasst werden.
  • Nach Anspruch 6 können unterschiedliche Steuer- bzw. Regelstrategien für die Aufladung verfolgt werden, wodurch eine ideale Anpassung an die Brennkraftmaschine möglich ist.
  • Die konstruktive Ausgestaltung nach Anspruch 7 führt zu einer sehr verlustarmen Zusammenführung der Abgasströme, die einerseits von dem Abgas-Sammler und anderseits von der Hochdruck-Turbine kommen. Die hieraus resultierende optimale Anströmung der Niederdruck-Turbine führt zu einer Erhöhung des Turbinen- Wirkungsgrades. Ferner ist eine strömungs- und schwingungsgünstige motornahe Anordnung der Niederdruckstufe möglich.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen in zwei Figuren näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Abgas-Sammlers mit einem angeflanschten Abgas-Turbolader mit einem separaten Dichtelement,
  • Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen Abgaskrümmer und einem angeflanschten Abgas-Turbolader, wobei die Dichtfläche einstückig mit dem Abgaskrümmer ist.
  • Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Abgas-Sammler 5 und einen Abschnitt eines Abgas-Turboladers 1 (turbinenseitiger Abgas-Einströmbereich ohne Turbine). Der Abgas-Sammler 5 und der Abgas-Turbolader 1 werden in der dargestellten Lage miteinander verschraubt, wobei die Schraube nicht dargestellt ist. Ein abgasführender Bereich, bestehend aus einem Abgas-Einströmbereich 2 und einem Abgas- Ausströmbereich 7, sind gegenüber einer Abgas-Turbolader-Umgebung mit einer Flachdichtung 8 abgedichtet. In den Abgas-Einströmbereich 2 mündet ein zweiter Abgas-Einströmbereich 3 mit einem Flansch 4. An diesen Flansch 4 wird ein nicht dargestellter Abgas-Ausströmbereich eines weiteren Abgas-Turboladers befestigt. Am Abgas-Sammler 5 ist einstückig ein Sammler-Flansch 6, mit dem der Abgas- Sammler 5 an einem nicht dargestellten Zylinderkopf befestigt wird.
  • In dem Abgas-Einströmbereich 2 ist eine senkrecht zur Zeichenebene, um eine Achse 10 drehbar gelagerte Klappe 9 angeordnet. Diese besteht aus einem Teller 11 der mit einem Hebel 11', der radial um eine Achse 10 gelagert ist, verbunden ist. Teller 11 und Hebel 11' sind im dargestellten Fall mit einander vernietet, wodurch eine schwimmende Lagerung erzielt wird, um eine bestmögliche Abdichtung der Klappe 9 zu erreichen. Der Abgas-Einströmbereich 2 verfügt abgassammlerseitig über eine ringförmige Ausklinkung 14. In dieser ist ein ringförmiges Dichtelement 13mit einer turbinenseitigen Dichtfläche 12 eingeschrumpft. Der Teller 11 liegt im geschlossenen Zustand auf der Dichtfläche 12 auf und trennt den Abgas- Ausströmbereich 7 von dem Abgas-Einströmbereich 2.
  • Erfindungsgemäß ist die Klappe 9 im Gehäuse des Abgas-Turboladers 1 angeordnet. Das Dichtelement 13 ist als separates Bauteil ausgeführt welches in die Ausklinkung 14 eingeschrumpft ist. Alternative Befestigungsmöglichkeiten sind beispielsweise Einschrauben, Einlöten, Einschweißen usw. Das Dichtelement 13 ist aus einem hochwarmfesten, oxidationsbeständigen Material wie z. B. DSS gefertigt. Bzw. Niro etc.. Da nur an das Dichtelement 13 und die Klappe 9 die Anforderung der Hochwarmfestigkeit bei gleichzeitiger Oxidationsbeständigkeit gestellt sind, werden nur diese beiden Bauteile aus den genannten Materialien gefertigt, während der Abgas-Sammler 5 und das Gehäuse des Abgas-Turboladers 1 aus kostengünstigeren Materialien wie beispielsweise SiMo (Silizium-Molybdän), GGxx (Gusseisen) etc. hergestellt werden können.
  • Bei Betrieb der Brennkraftmaschine, wenn die Klappe 9 geöffnet ist, strömt das heiße Abgas durch den Abgas-Ausströmbereich 7 in den Abgas-Einströmbereich 2 sowie durch den zweiten Abgas-Einströmbereich 3 in Richtung einer nicht weiter dargestellten Turbine des Abgas-Turboladers 1, die Strömungsrichtung ist durch drei Pfeile angedeutet. Die Klappe 9 wird im vorliegenden Fall druckabhängig, pneumatisch geschlossen. Die Betätigung der Klappe 9 kann auch über ein elektronisches Steuergerät und ein elektrisch, mechanisch oder hydraulisch betriebenes Stellglied erfolgen. Liegt der Teller 11 auf der Dichtfläche 12 auf, so wird der gesamte Abgasmassenstrom zuerst durch einen nicht dargestellten Hochdruck-Abgas- Turbolader geleitet und erst anschließend durch den zweiten Abgas- Einströmbereich 3 auf die Turbine des Abgasturboladers 1 geleitet. Durch diese Anordnung ist es insbesondere bei einer schaltbaren, zweistufigen Abgas- Turbolader-Anordnung möglich, den Wirkungsgrad gegenüber herkömmlichen Systemen zu verbessern.
  • In Fig. 2 ist im Wesentlichen die gleiche Anordnung wie in Fig. 1 dargestellt, weshalb für gleiche Bauelemente die selben Bezugsziffern gelten. Im Folgenden wird nur noch der Unterschied gegenüber der Fig. 1 erläutert. Dieser besteht bei dem hier dargestellten Beispiel darin, dass das Dichtelement 13 mit seiner Dichtfläche 12 einstückig mit dem Abgas-Sammler 5 ist. Diese Variante reduziert nochmals die Fertigungskosten, jedoch fallen die Materialkosten höher aus, da der Abgas- Sammler 5 insgesamt aus einem höherwertigeren, d. h. hochwarmfesten und oxidationsbeständigen Material gefertigt sein muss. Besonders vorteilhaft bei dieser Lösung ist jedoch, dass die Ausklingung 14, die als Passungsgegenstück für einen erhabenen Bereich am Abgas-Sammler 5 fungieren kann. Durch diese Maßnahme ist eine einfache und sichere Montage gewährleistet.
  • In einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsform, ist es möglich, die Vorteile beider hier dargestellten Ausführungsvarianten zu kombinieren, in dem das Dichtelement 13 weiterhin als separates Bauteil ausgeführt wird, jedoch nicht im Abgas-Einströmbereich 2 angeordnet wird, sondern - wie in Fig. 2 dargestellt - im Bereich des erhabenen Bereichs 15 des Abgas-Sammlers 5. Bezugszeichenliste 1 Abgas-Turbolader
    2 Abgas-Einströmbereich
    3 Zweiter Abgas-Einströmbereich
    4 Turboladerflansch
    5 Abgas-Sammler
    6 Sammler-Flansch
    7 Abgas-Ausströmbereich
    8 Flachdichtung
    9 Klappe
    10 Achse
    11 Teiler
    11' Hebel
    12 Dichtfläche
    13 Dichtelement
    14 Ausklinkung
    15 Erhabener Bereich

Claims (7)

1. Abgas-Turbolader für eine Brennkraftmaschine mit einer schaltbaren Abgas- Turbolader-Anordnung bestehend aus zumindest einem Abgas-Turbolader, mit zumindest einem Abgas-Einströmbereich und zumindest einem Abgas- Sammler mit zumindest einem Abgas-Ausströmbereich, wobei der Abgas- Einströmbereich stromab an den Abgas-Ausströmbereich angeordnet ist und einer Klappe zum An- und Abschalten des Abgasmassenstromes vom Abgas- Ausströmbereich in den Abgas-Einströmbereich, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (9) in dem Abgas-Einströmbereich (2) angeordnet ist.
2. Abgas-Turbolader nach Anspruch 1, wobei die Klappe im geschlossenen Zustand auf einer Dichtfläche aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (12) auf einem separaten Dichtelement (13) ist.
3. Abgas-Turbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (13) in dem Abgas- Einströmbereich (2) befestigt ist.
4. Abgas-Turbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (12) einstückig mit dem Abgas- Sammler (5) ist.
5. Abgas-Turbolader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (12) ein Freistich oder ein Bund ist.
6. Abgas-Turbolader nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (9) von einem Steuergerät oder druckabhängig gesteuert oder geregelt ist.
7. Abgas-Turbolader nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche, wobei der Abgas-Turbolader über einen zweiten Abgas-Einströmbereich verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abgas-Einströmbereich (3) stromab der Klappe (9) in den ersten Abgas-Einströmbereich (2) mündet.
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