DE102005047216A1

DE102005047216A1 - Turbine einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005047216A1
Application number: DE102005047216A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Laufer (BA)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-10-01
Filing date: 2005-10-01
Publication date: 2007-04-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbine einer Brennkraftmaschine, insbesondere eine Turbine eines Turbo Compound einer Brennkraftmaschine, mit einem einen Abgasströmungskanal (11) definierenden Turbinengehäuse (12), in welchem ein Turbinenrad (13) drehbar gelagert ist, wobei das Turbinenrad (13) mit einer Welle (14) gekoppelt ist, die in einer im Turbinengehäuse (12) aufgenommenen Lageranordnung (15) drehbar gelagert ist, und wobei die Welle (14) über mindestens ein, vorzugsweise als Kolbenring ausgebildetes Dichtungselement (17, 18), auf welches zur Optimierung der Dichtwirkung Druckluft leitbar ist, abgedichtet ist. Erfindungsgemäß weist das Turbinengehäuse (12) einen gegossenen Hohlraum (16) auf, der ein Hitzeschild zwischen dem Abgasströmungskanal (11) und der Lageranordnung (15) bildet, wobei die Druckluft durch diesen gegossenen Hohlraum (16) in Richtung auf das oder jedes Dichtungselement (17, 18) leitbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbine einer Brennkraftmaschine, insbesondere eine Turbine eines Turbo Compound einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der Praxis sind Brennkraftmaschinen bekannt, die über einen Abgasturbolader und/oder einen Turbo Compound verfügen. In einem Abgasturbolader wird ein Abgasstrom der Brennkraftmaschine in einer Turbine entspannt, wobei hierbei gewonnene Leistung in einem Verdichter des Abgasturboladers zur Verdichtung eines der Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluftstroms verwendet wird. In einem Turbo Compound wird ein Abgasstrom der Brennkraftmaschine ebenfalls in einer Turbine entspannt, wobei hierbei gewonnene Leistung in eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eingespeist wird.

Derartige Turbinen von Brennkraftmaschinen verfügen über ein einen Abgasströmungskanal definierendes Turbinengehäuse, in welchem ein Turbinenrad der Turbine drehbar gelagert ist. Das Turbinenrad ist mit einer welle gekoppelt, die in einer im Turbinengehäuse aufgenommenen Lageranordnung drehbar gelagert ist. Die Welle des Turbinenrads ist über mindestens ein Dichtungselement abgedichtet, wobei das oder jedes Dichtungselement vorzugsweise als Kolbenring ausgeführt ist.

Aus der WO 03/001041 A1 ist es bereits bekannt, zur Optimierung der Dichtwirkung der vorzugsweise als Kolbenringe ausgebildeten Dichtelemente, welche der Abdichtung der Welle des Turbinenrads dienen, Druckluft auf dieselben zu leiten. Bei aus der Praxis bekannten Turbomaschinen, die von der Anmelderin der WO 03/001041 A1 vertrieben werden, wird die Druckluft über eine in das Turbinengehäuse eingebrachte Bohrung in Richtung auf die Dichtungselemente geleitet. Ein separates, als Blech ausgeführtes Hitzeschild sorgt für eine thermische Entkopplung des Abgasströmungskanals von der Lageranordnung der Welle, um eine Überhitzung der Lageranordnung zu vermeiden. Die Verwendung eines als Blech ausgeführten, separaten Hitzeschilds sowie das Einbringen einer Bohrung in das Turbinengehäuse, um Druckluft auf die Dichtungselemente der Welle zu leiten, ist konstruktiv aufwendig und daher von Nachteil.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine neuartige Turbine einer Brennkraftmaschine, insbesondere eine neuartige Turbine eines Turbo Compound einer Brennkraftmaschine, zu schaffen.

Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass die eingangs genannte Turbine einer Brennkraftmaschine durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Erfindungsgemäß weist das Turbinengehäuse einen gegossenen Hohlraum auf, der einen Hitzeschild zwischen dem Abgasströmungskanal und der Lageranordnung bildet, wobei die Druckluft durch diesen gegossenen Hohlraum in Richtung auf das oder jedes Dichtungselement leitbar ist.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, in das Turbinengehäuse einen gegossenen Hohlraum zu integrieren, der einen Hitzeschild zwischen dem Abgasströmungskanal der Turbine und der Lageranordnung der Welle des Turbinenrads bildet. Ein solcher gegossener Hohlraum erlaubt eine besonders effektive thermische Entkopplung des Abgasströmungskanals von der Lageranordnung. Erfindungsgemäß wird weiterhin vorgeschlagen, die Druckluft, die zur Optimierung der Dichtwirkung auf die Dichtelemente der Welle geleitet wird, durch diesen Hohlraum in Richtung auf die Dichtungselemente zu führen. Es muss dann keine separate Bohrung in das Turbinengehäuse eingebracht werden, um die Druckluft auf die Dichtungselemente zu leiten. Die Erfindung ermöglicht eine deutliche Vereinfachung des konstruktiven Aufbaus von Turbinen einer Brennkraftmaschine, insbesondere von Turbinen eines Turbo Compounds von Brennkraftmaschinen.

Vorzugsweise sind in Axialrichtung der Welle mindestens zwei Dichtungselemente hintereinander angeordnet, die an einem den Hohlraum begrenzenden Gehäusewandabschnitt anliegen, wobei der Gehäusewandabschnitt im Bereich zwischen zwei Dichtungselementen durch eine umlaufende Nut durchtrennt ist, um die Druckluft auf diese beiden Dichtungselemente umlaufend zu richten.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 einen ausschnittsweisen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Turbine eines Turbo Compound einer Brennkraftmaschine.
1 zeigt einen ausschnittsweisen Querschnitt durch einen Turbo Compound einer Brennkraftmaschine im Bereich einer Turbine 10 des Turbo Compound, wobei von der Turbine 10 ein einen Abgasströmungskanal 11 begrenzendes Turbinengehäuse 12 gezeigt ist, wobei im Turbinengehäuse 12 ein Turbinenrad 13 drehbar gelagert ist. Das Turbinenrad 13 ist mit einer Welle 14 verbunden, wobei die Welle 14 in einer Lageranordnung 15 gelagert ist, die im Turbinengehäuse 12 aufgenommen ist.
In das Turbinengehäuse 12 ist ein Hohlraum 16 integriert, der gusstechnisch hergestellt ist. Der gegossene Hohlraum 16 bildet einen Hitzeschild zwischen dem Abgasströmungskanal 11 und der Lageranordnung 15 für die Welle 14 des Turbinenrads 13. Der Hohlraum 16 dient jedoch nicht nur als Hitzeschild, vielmehr ist über den Hohlraum 16 Druckluft in Richtung auf Dichtungselemente 17 und 18 leitbar, die der Abdichtung der welle 14 des Turbinenrads 13 dienen. Die Dichtungselemente 17 und 18 sind vorzugsweise als Kolbenringe ausgebildet. Um durch den Hohlraum 16 die Druckluft auf die Dichtungselemente 17 und 18 zu leiten, greift an dem Hohlraum 16 eine in denselben mündende Drucklufteinrichtung 19 an. Über die Drucklufteinrichtung 19 kann in den Hohlraum 16 Druckluft eingeleitet werden.
Um ferner die in den Hohlraum 16 eingeleitete Druckluft den Dichtungselementen 17 und 18 zuzuführen, ist in einen Gehäusewandabschnitt 20 des Turbinengehäuses 12, an welchem die Dichtungselemente 17 und 18 anliegen und welcher abschnittsweise den Hohlraum 16 begrenzt, eine umlaufende Nut 21 eingebracht. Die umlaufende Nut 21 durchdringt den Gehäusewandabschnitt 20 vollständig und mündet in den Hohlraum 16. Die Nut 21 verläuft dabei umlaufend zwischen den beiden Dichtungselementen 17 und 18, sodass die Druckluft auf beide Dichtungselemente 17 und 18 umlaufend, d.h. über den gesamten Umfang derselben, gerichtet werden kann. Hierdurch ist eine optimale Dichtwirkung der Dichtungselemente 17 und 18 realisierbar. Durch die umlaufende Nut 21 im Gehäusewandabschnitt 20 wird weiterhin eine thermische Entkopplung zwischen den beiden Dichtungselementen 17 und 18 realisiert, da jedes der Dichtungselemente 17 und 18 an durch die umlaufende Nut 21 voneinander getrennten Bereichen des Gehäusewandabschnitts 20 anliegt.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird demnach der gegossene Hohlraum 16 des Turbinengehäuses 12, welcher den Abgasströmungskanal 11 von der Lageranordnung 15 thermisch entkoppelt, genutzt, um Druckluft auf die Dichtungselemente 17 und 18 zur optimierten Abdichtung der Welle 14 des Turbinenrads 13 zu leiten.
Auf nach dem Stand der Technik erforderliche, zusätzliche Bohrungen zur Leitung der Druckluft kann verzichtet werden. Mit der Erfindung kann die Anzahl der erforderlichen Bauteile der Brennkraftmaschine, der Bearbeitungsaufwand sowie Montageaufwand reduziert werden.
Die Erfindung findet bevorzugt Verwendung bei einer Turbine eines Turbo Compound einer Brennkraftmaschine, wobei bei einem Turbo Compound in der Turbine gewonnene mechanische Leistung in eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eingeleitet wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung jedoch auch bei anderen Turbinen von Brennkraftmaschinen verwendet werden kann, so z. B. bei einer Turbine eines Abgasturboladers.

Claims

Turbine einer Brennkraftmaschine, insbesondere Turbine eines Turbo Compound einer Brennkraftmaschine, mit einem einen Abgasströmungskanal (11) definierenden Turbinengehäuse (12), in welchem ein Turbinenrad (13) drehbar gelagert ist, wobei das Turbinenrad (13) mit einer Welle (14) gekoppelt ist, die in einer im Turbinengehäuse (12) aufgenommenen Lageranordnung (15) drehbar gelagert ist, und wobei die Welle (14) über mindestens ein, vorzugsweise als Kolbenring ausgebildetes Dichtungselement (17, 18), auf welches zur Optimierung der Dichtwirkung Druckluft leitbar ist, abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (12) einen gegossenen Hohlraum (16) aufweist, der einen Hitzeschild zwischen dem Abgasströmungskanal (11) und der Lageranordnung (15) bildet, wobei die Druckluft durch diesen gegossenen Hohlraum (16) in Richtung auf das oder jedes Dichtungselement (17, 18) leitbar ist.
Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Turbinengehäuse (12) eine Drucklufteinrichtung (19) angreift, die in den Hohlraum (16) mündet und Druckluft in denselben einleitet.
Turbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Axialrichtung der Welle (14) mindestens zwei Dichtungselemente (17, 18) hintereinander angeordnet sind, die an einem den Hohlraum (16) begrenzenden Gehäusewandabschnitt (20) anliegen, wobei der Gehäusewandabschnitt (20) im Bereich zwischen zwei Dichtungselementen (17, 18) durchtrennt ist, um die Druckluft zwischen diese beiden Dichtungselemente (17, 18) zu leiten.
Turbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusewandabschnitt (20) zwischen den beiden Dichtungselementen (17, 18) umlaufend durchtrennt ist, um die Druckluft umlaufend zwischen diese beiden Dichtungselemente zu leiten.
Turbine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusewandabschnitt (20) zwischen den beiden Dichtungselementen (17, 18) durch eine umlaufende Nut (21) durchtrennt ist, die in den Hohlraum (16) mündet und die beiden Dichtungselemente (17, 18) thermisch voneinander entkoppelt.