DE102005028296A1

DE102005028296A1 - Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005028296A1
Application number: DE102005028296A
Authority: DE
Inventors: Michael Spengler
Original assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2005-06-18
Filing date: 2005-06-18
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2025-06-19
Also published as: CH698807B1; DE102005028296B4; CN1880738B; KR20060132463A; JP2006348940A; CN1880738A; JP5063937B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einer Turbine zur Entspannung eines einen Motor der Brennkraftmaschine verlassenden Abgasstroms und mit einem Verdichter zur Verdichtung eines dem Motor der Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluftstroms, wobei die Turbine ein als Krümmer ausgebildetes Zuströmgehäuse (10) aufweist, um den in der Turbine zu entspannenden Abgasstrom einem Turbinenrotor zuzuführen, und wobei dem Zuströmgehäuse (10) eine Waschdüse zugeordnet ist, um bei einem Betriebspunkt niedriger Motorlast in das Zuströmgehäuse (10) ein Waschmedium einzuführen. Erfindungsgemäß ist die Waschdüse auf einer mit der Rotationsachse (14) des Turbinenrotors zusammenfallenden Linie bzw. Geraden angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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 der Brennkraftmaschine ist üblicherweise 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.
Die Turbine des Abgasturboladers verfügt über ein Zuströmgehäuse, um den in der Turbine zu entspannenden Abgasstrom des Motors einem Turbinenrotor zuzuführen. Bei Zweitaktmotoren kann das Zuströmgehäuse als Krümmer ausgeführt sein. Der in der Turbine entspannte Abgasstrom wird über ein Abströmgehäuse aus der Turbine abgeleitet. Zur Reinigung eines Abgasturboladers ist es aus der Praxis bereits bekannt, bei einem Betriebspunkt niedriger Motorlast in das Zuströmgehäuse des Abgasturboladers ein Waschmedium einzuführen, wobei hierzu in der Praxis eine oder mehrere Waschdüsen dienen, die nach dem Stand der Technik dem Zuströmgehäuse an undefinierten bzw. beliebigen Positionen zugeordnet sind. Hierdurch sind abhängig von der konkreten Position der Waschdüsen unterschiedlichste Anschlussverrohrungen erforderlich.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, einen neuartigen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine zu schaffen.

Dieses Problem wird durch einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Waschdüse auf einer mit der Rotationsachse des Turbinenrotors zusammenfallenden Linie bzw. Geraden angeordnet.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird demnach vorgeschlagen, die Waschdüse dem Zuströmgehäuse an einer definierten Position zuzuordnen, und zwar an einer Position, an welcher die verlängerte Rotationsachse des Turbinenrotors bzw. eines Abgasturboladerläufers eine Wand des Zuströmgehäuses bzw. Krümmers schneidet. Die Waschdüse ist demnach auf einer mit der Rotationsachse des Turbinenrotors zusammenfallenden Linie bzw. Geraden angeordnet, nämlich dort, wo diese Gerade die Wand des Zuströmgehäuses schneidet. Hierdurch ist es möglich, unabhängig von einer sogenannten Stutzenstellung, welche der Winkelposition des als Krümmer ausgebildeten Zuströmgehäuses entspricht, eine immer gleiche Anschlussverrohrung für die Waschdüse zu verwenden.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist dem Zuströmgehäuse eine einzige Waschdüse zugeordnet, die auf der mit der Rotationsachse des Turbinenrotors zusammenfallenden Linie bzw. Geraden angeordnet ist, wobei ein Auslassbereich bzw. eine Auslassbohrung der Waschdüse, über den bzw. die das Waschmedium in das Zuströmgehäuse einführbar ist, in etwa senkrecht zu einer Innenwand des Zuströmgehäuses verläuft. Eine Längsmittelachse des Auslassbereichs bzw. der Auslassbohrung der Waschdüse und die verlängerte Rotationsachse des Turbinenrotors, auf welcher die Waschdüse angeordnet ist, schließen einen Winkel ein, sodass ein in das Zuströmgehäuse eingespritztes Waschmedium nach Umlenkung durch den durch das Zuströmgehäuse geleiteten Abgasstrom auf eine Anströmbirne des Zuströmgehäuses auftrifft. Dieser Winkel liegt vorzugsweise in einem Bereich von 30° bis 35°.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: einen schematisierten Querschnitt durch ein Zuströmgehäuse einer Turbine eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine;
2: das Detail II der 1; und
3: eine Alternative zum Detail der 2.
Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 3 im größeren Detail beschrieben.
1 zeigt einen Querschnitt durch ein als sogenannter 90°-Krümmer ausgebildetes Zuströmgehäuse 10 eines Abgasturboladers, wobei ein Abgasstrom über eine Zuströmöffnung 11 in das Zuströmgehäuse 10 eingeleitet wird und nach 90°-Umlenkung auf eine Anströmbirne 12 des Zuströmgehäuses 10 gelangt. Im Bereich der Anströmbirne 12 wird die Abgasströmung abermals umgelenkt und über einen sogenannten Düsenring 13 in Richtung auf einen stromabwärts der Anströmbirne 12 positionierten, nicht-dargestellten Turbinenrotor des Abgasturboladers geleitet. Im Bereich des Turbinenrotors entspanntes Abgas wird über ein sich an das Zuströmgehäuse 10 anschließendes, nicht-dargestelltes Ausströmgehäuse aus dem Abgasturbolader abgeleitet. Vom Turbinenrotor ist lediglich eine Rotationsachse 14 dargestellt, wobei der Turbinenrotor über eine Welle mit einem Verdichterrotor gekoppelt ist und den Verdichterrotor des Abgasturboladers antreibt.
Wie bereits erwähnt, ist das Zuströmgehäuse 10 als 90°-Krümmer ausgeführt und verfügt demnach über eine gekrümmte Wand 15. Der Wand 15 des Zuströmgehäuses 10 ist eine im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 nicht-dargestellte Waschdüse zugeordnet, um zur Reinigung des Abgasturboladers bei Betriebspunkten mit niedriger Motorlast ein Waschmedium, nämlich Waschwasser, in das Zuströmgehäuse 10 einzuspritzen. In 1 und 2 ist lediglich eine Halterung 16 für die Waschdüse dargestellt, die mit der Wand 15 verschraubt ist und die eine Bohrung 17 zur Aufnahme der Waschdüse definiert.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist die Waschdüse auf der verlängerten Rotationsachse 14 des Turbinenrotors angeordnet, und zwar dort, wo die verlängerte Rotationsachse 14 des Turbinenrotors die Wand 15 des Zuströmgehäuses 10 schneidet. Es liegt dabei im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, dem Zuströmgehäuse 10 eine einzige Waschdüse zuzuordnen, die im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 in der Halterung 16 Aufnahme findet, die wiederum an der Position mit der Wand 15 verschraubt ist, an welcher die verlängerte Rotationsachse 14 des Turbinenrotors die Wand 15 schneidet. Die Waschdüse ist demnach auf einer Geraden bzw. Linie angeordnet, die mit der Rotationsachse 14 des Turbinenrotors zusammenfällt.
Im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 wird die nicht-dargestellte Waschdüse derart in der Bohrung 17 der Halterung 16 aufgenommen, dass ein Auslassbereich bzw. eine Auslassbohrung der Waschdüse, über welche das Waschmedium in das Zuströmgehäuse 10 einführbar bzw. einspritzbar ist, in etwa senkrecht zu einer inneren Oberfläche 18 der Wand 15 des Zuströmgehäuses 10 verläuft. Eine Längsmittelachse der Auslassbohrung der Waschdüse, die im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 mit der Längsmittelachse 19 der Halterung 16 bzw. der Bohrung 17 zusammenfällt, schließt dabei mit der verlängerten Rotationsachse 14 des Turbinenrotors einen Winkel α ein, dass ein in das Zuströmgehäuse 10 eingespritztes Waschmedium nach Umlenkung bzw. Mitnahme durch den das Zuströmgehäuse durchströmenden Abgasstrom auf die Anströmbirne des Zuströmgehäuses 10 auftrifft und durch den Aufprall auf der Anströmbirne 12 zerstäubt wird.
Die Längsmittelachse 19 der Auslassbohrung der Waschdüse schließt dabei mit der verlängerten Rotationsachse 14 des Turbinenrotors einen Winkel α in der Größenordnung zwischen 20° und 40°, insbesondere in der Größenordnung zwischen 30° und 35°, ein. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt dieser Winkel α in etwa 33°.
Im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist die Halterung 16 für die Waschdüse als separates Bauteil ausgeführt und mit der Wand 15 des Zuströmgehäuses 10 verschraubt. In dieser Halterung 16, nämlich in die Bohrung 17 derselben, ist dann die Waschdüse eingesetzt.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 und 2 zeigt die 3 ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Halterung 16 für die Waschdüse integraler Bestandteil der Wand 15 ist, nämlich an die Wand 15 des Zuströmgehäuses 10 angegossen ist. Die Waschdüse wird durch in die Halterung 16 eingebrachte Bohrungen 20 und 21 definiert, nämlich durch eine Einlassbohrung 20 und eine Auslassbohrung 21. Die Längsmittelachse 19 der Auslassbohrung 21 der Waschdüse steht dabei, wie bereits im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 beschrieben wurde, in etwa senkrecht auf einer inneren Oberfläche 18 der Wand 15 und schließt mit der verlängerten Rotationsachse 14 des Turbinenrotors den Winkel α ein. Eine Längsmittelachse der Einlassbohrung 20 hingegen fällt wiederum mit der verlängerten Rotationsachse 14 des Turbinenrotors zusammen.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird demnach ein Abgasturbolader mit einem als Krümmer ausgeführten Zuströmgehäuse vorgeschlagen, dem eine einzige Waschdüse zugeordnet ist, wobei die einzige Waschdüse an einer Position angeordnet ist, an welcher die Rotationsachse des Turbinenrotors eine Wand des als Krümmer ausgeführten Zuströmgehäuses schneidet.
Eine Auslassbohrung der Waschdüse steht senkrecht auf einer inneren Oberfläche der Wand des Zuströmgehäuses, wobei eine Längsmittelachse der Auslassbohrung mit der Rotationsachse des Turbinenrotors einen derartigen Winkel einschließen, dass ein in das Zuströmgehäuse eingespritztes Waschmedium nach Umlenkung durch die Abgasströmung auf die Anströmbirne des Zuströmgehäuses trifft und im Bereich der Anströmbirne zerstäubt wird. Das Waschmedium gelangt dann gleichmäßig über den gesamten Umfang in den Bereich des Düsenrings des Zuströmgehäuses.

10: Zuströmgehäuse
11: Zuströmöffnung
12: Anströmbirne
13: Düsenring
14: Rotationsachse
15: Wand
16: Halterung
17: Bohrung
18: innere Oberfläche
19: Längsmittelachse
20: Einlassbohrung
21: Auslassbohrung

Claims

Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einer Turbine zur Entspannung eines einen Motor der Brennkraftmaschine verlassenden Abgasstroms, und mit einem Verdichter zur Verdichtung eines dem Motor der Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluftstroms, wobei die Turbine ein als Krümmer ausgebildetes Zuströmgehäuse (10) aufweist, um den in der Turbine zu entspannenden Abgasstrom einem Turbinenrotor zuzuführen, und wobei dem Zuströmgehäuse (10) eine Waschdüse zugeordnet ist, um bei einem Betriebspunkt niedriger Motorlast in das Zuströmgehäuse (10) ein Waschmedium einzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Waschdüse auf einer mit der Rotationsachse (14) des Turbinenrotors zusammenfallenden Linie bzw. Geraden angeordnet ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zuströmgehäuse (10) eine einzige Waschdüse zugeordnet ist, die auf der mit der Rotationsachse (14) des Turbinenrotors zusammenfallenden Linie bzw. Geraden angeordnet ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auslassbereich der Waschdüse, über den das Waschmedium in das Zuströmgehäuse (10) einführbar ist, in etwa senkrecht zu einer inneren Oberfläche (18) des Zuströmgehäuses (10) verläuft.
Abgasturbolader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsmittelachse (19) einer Auslassbohrung (21) der Waschdüse und die verlängerte Rotationsachse (14), auf welcher die Waschdüse angeordnet ist, einen Winkel zwischen 20° und 40° einschließen.
Abgasturbolader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsmittelachse (19) der Auslassbohrung (21) der Waschdüse und verlängerte Rotationsachse (14), auf welcher die Waschdüse angeordnet ist, einen Winkel zwischen 30° und 35° einschließen.
Abgasturbolader nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsmittelachse (19) des Auslassbereichs bzw. der Auslassbohrung (21) der Waschdüse und die verlängerte Rotationsachse (14), auf welcher die Waschdüse angeordnet ist, einen Winkel einschließen, sodass ein in das Zuströmgehäuse (10) eingespritztes Waschmedium nach Umlenkung durch den durch das Zuströmgehäuse (10) geleiteten Abgasstrom auf eine Anströmbirne (12) des Zuströmgehäuses (10) auftrifft.
Abgasturbolader nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Waschdüse in einer mit dem Zuströmgehäuse (10) verschraubten Halterung (16) aufgenommen ist.
Abgasturbolader nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Waschdüse in einer Halterung (16) aufgenommen ist, die integraler Bestandteil des Zuströmgehäuses (10) ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (16) an das Zuströmgehäuse (10) angegossen ist, und dass die Waschdüse durch in die Halterung (16) eingebrachte Bohrungen (20, 21) ausgebildet ist.