DE102008000852A1

DE102008000852A1 - Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008000852A1
Application number: DE102008000852A
Authority: DE
Inventors: Markus Eble; Andreas Wengert
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2009-10-01
Also published as: US20090246005A1; US8118539B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einem Turbinengehäuse, das einen ersten Bereich aufweist, in dem Abgas zu einem Turbinenrad geführt wird und in dem das Turbinenrad im Wesentlichen angeordnet ist, und das einen zweiten Bereich aufweist, der sich axial an den ersten Bereich anschließt, wobei der erste und der zweite Bereich mittels eines Trennelements im Wesentlichen voneinander getrennt sind. Es ist vorgesehen, dass das Trennelement (14) zur thermischen Isolation aus einem Werkstoff geringer Wärmeleitung (24) und/oder Wärmekapazität besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einem Turbinengehäuse, das einen ersten Bereich aufweist, in dem Abgas zu einem Turbinenrad geführt wird und in dem das Turbinenrad im Wesentlichen angeordnet ist, und das einen zweiten Bereich aufweist, der sich axial an den ersten Bereich anschließt, wobei der erste und der zweite Bereich mittels eines Trennelements im Wesentlichen voneinander getrennt sind.
Stand der Technik
Zur Leistungssteigerung von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen ist es bekannt, Abgasturbolader einzusetzen. Hierbei ist in einem Turbinengehäuse ein Turbinenrad gelagert, dem Abgas der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Das Turbinenrad lagert auf einer Welle, an der axial zum Turbinenrad beabstandet drehfest ein Verdichterrad eines Verdichters angeordnet ist. Das Turbinengehäuse weist im Regelfall mindestens zwei Bereiche auf, von denen ein erster Bereich der Zuführung von Abgas zum Turbinenrad dient, und ein zweiter Bereich beispielsweise der Aufnahme einer Verstellmimik einer Leitschaufelanordnung bei verstellbarer Turbinengeometrie und/oder der Aufnahme eines Lagers für die Welle. Die Bereiche werden hierbei durch ein Trennelement voneinander abgetrennt, das im Stand der Technik beispielsweise zur Zentrierung einer Kassette dient, die die Leitschaufelanordnung der variablen Turbinengeometrie aufnimmt. Das Trennelement ist hierbei als Scheibe ausgebildet und hinter dem Turbinenrad (in Axialrichtung zum Verdichter hin) angeordnet. Im Betrieb des Abgasturboladerse erreicht das Turbinenrad Temperaturen von 900°C bei gängigen Diesel-Brennkraftmaschinen und bis zu 1100°C bei gängigen Ottomotoren. Hierdurch wird einerseits das Trennelement erheblich thermisch belastet und andererseits eine beträchtliche Wärmemenge über das Trennelement in das Turbinengehäuse beziehungsweise in den zweiten Bereich eingetragen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, der die genannten Nachteile vermeidet.
Offenbarung der Erfindung
Hierzu wird ein Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, mit einem Turbinengehäuse, das einen ersten Bereich aufweist, in dem Abgas zu einem Turbinenrad geführt wird und in dem das Turbinenrad im Wesentlichen angeordnet ist, und das einen zweiten Bereich aufweist, der sich axial an den ersten Bereich anschließt, wobei der erste und der zweite Bereich mittels eines Trennelements im Wesentlichen voneinander getrennt sind. Es wird vorgeschlagen, dass das Trennelement zur thermischen Isolation aus einem Werkstoff geringer Wärmeleitung und/oder Wärmekapazität besteht. Hierdurch wird erreicht, dass das Trennelement, anders als bei aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen, in denen dieses aus einem Metall, insbesondere Stahl besteht, die durch das heiße Abgas beziehungsweise das heiße Turbinenrad aufgenommene Wärmeenergie nicht an von ihm beaufschlagte oder benachbarte Elemente, beispielsweise des Turbinengehäuses, abgibt, und zwar weder im Wege direkter Wärmeleitung noch durch Abstrahlen nach eigener Wärmeaufnahme (da die Wärmekapazität erfindungsgemäß klein sein soll). Das Trennelement verhindert demzufolge wirksam einen Wärmeübertritt aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich beziehungsweise in Bereiche, die vom Trennelement beaufschlagt sind und nicht direkt mit dem heißen Abgas beaufschlagt werden oder in unmittelbarer Nachbarschaft des heißen Turbinenrades stehen.
Bevorzugt besteht das Trennelement aus Keramik. Keramik ist als Isolationswerkstoff bekannt und sehr hoch hitzebeständig, dabei aber gerade industriell in Serie sehr günstig zu fertigen.
In einer anderen Ausführungsform besteht das Trennelement bevorzugt aus Kohlenfaserwerkstoff (CFK). Auch dieses Material erlaubt eine sehr gute Wärmeisolierung bei hoher Festigkeit.
Die thermische Ausdehnung kann in beiden Varianten, also beispielsweise bei Keramik- oder CFK-Ausführung, durch geeignete Werkstoffauswahl sowohl des Trennelements, also einem Einstellen der jeweiligen Werkstoffparameter, als auch der umgebenden Bauteile, etwa des Turbinengehäuses, angepasst werden. So wird erreicht, dass das thermische Verhalten beispielsweise des Lagergehäuses nicht in einer solchen Art und Weise von dem des Trennelements abweicht, dass im Betrieb mit unerwünschten Erscheinungen aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnung zu rechnen ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Trennelement in ein Lagerelement eingesetzt. Das Lagerelement ist hierbei beispielsweise ein Lager, das der Lagerung des Trennelements dient, dieses also hält, so dass dieses nicht direkt am Turbinengehäuse anliegt.
Bevorzugt ist das Trennelement in eine Aufnahme des Lagerelements eingesetzt, also eine solche Ausnehmung oder geometrische Anordnung, die das Einbringen des Trennelements gestattet. Das Lagerelement kann seinerseits eine Vielzahl von (weiteren) Lagerungen bewirken, beispielsweise die der Welle, die des Trennelements oder weiterer Elemente des Abgasturboladers, oder ganz dezidiert nur der Lagerung des Trennelements.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Trennelement mittels mindestens einer Feder in die Aufnahme des Lagerelements gedrängt. Damit das Trennelement in der Aufnahme des Lagerelements nach seiner Einbringung in der gewünschten Position fixiert bleibt, ist eine Federkraftbeaufschlagung vorgesehen, dergestalt, dass sich die Feder am Trennelement einerseits und an einer geeigneten Abstützfläche andererseits abstützt, so dass das Trennelement von der Federkraft in der Aufnahme gehalten bleibt.
Besonders bevorzugt ist die Feder eine Tellerfeder. Eine Tellerfeder lässt sich sehr bauraumsparend beispielsweise ringförmig ausbilden und in dem Bauraum zwischen Lagerelement und variabler Turbinengeometrie unterbringen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass sich die Feder einerseits an dem Trennelement und andererseits an einem Lagergehäuse zur Lagerung des Turbinenrades abstützt. Das Turbinenrad weist demzufolge zu seiner Lagerung ein Lagergehäuse auf, in das beispielsweise ein Wellenlager eingebracht ist. Dieses Lagergehäuse weist Abstützflächen auf, an denen sich die Feder einerseits abstützt, während sie sich andererseits am Trennelement abstützt und somit ihre Federkraft zwischen den Abstützflächen am Lagergehäuse und dem Trennelement wirkt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus Kombinationen derselben; näheres zeigt die Figur.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
Es zeigt die
Figur einen Schnitt auf Höhe der Welle durch ein Turbinengehäuse eines Abgasturboladers mit eingesetztem Trennelement.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Die Figur zeigt einen Abgasturbolader 1 für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine eines nicht dargestellten Fahrzeugs im Axialschnitt auf Höhe einer Welle 2, nämlich in Höhe einer Turbinenachse 3 eines Turbinenrades 4. Der Abgasturbolader 1 weist ein Turbinengehäuse 5 auf, in dessen erstem Bereich 6 Abgas zu dem Turbinenrad 4 geführt wird, in dem also insbesondere die in das Turbinengehäuse 5 eingebrachten Abgasführungen 7 zur Zuströmung von Abgas zum Turbinenrad 4 verlaufen und in dem das Turbinenrad 4 im Wesentlichen angeordnet ist. Das Turbinengehäuse 5 weist weiter einen zweiten Bereich 8 auf, der sich axial an den ersten Bereich anschließt, und in dem eine Steuermimik 9 zur Steuerung einer variablen Turbinengeometrie 10 angeordnet ist, wobei die variable Turbinengeometrie 10 im ersten Bereich 6 angeordnet ist und die Anströmung des Turbinenrades 4 mit dem aus der Abgasführung 7 eintretenden Abgas bewirkt. Im zweiten Bereich 8 ist weiter ein Lagergehäuse 11 zur Lagerung der Welle 2 und des Turbinenrades 4 angeordnet, das seinerseits deckelartig in einem Innenumfangsbereich 12 einer Stirnseite 13 des Turbinengehäuses 5 lagert und von der Welle 2 durchdrungen wird. Zwischen dem Lagergehäuse 11 und dem Turbinenrad 4 ist ein Trennelement 14 angeordnet, das eine dem Turbinenrad 4 zugewandte Axialstirnseite 15 des Lagergehäuses 11 außenumfangsseitig beaufschlagt und seinerseits in einem Lagerelement 16 einer Deckplatte 17 der variablen Turbinengeometrie 10 in der Trennebene 18 zwischen erstem Bereich 6 und zweitem Bereich 8 lagert. Das Lagerelement 16 ist ringförmig ausgebildet und umfasst endseitig das Turbinenrad 4. Es weist eine Aufnahme 19 in Form einer ringförmig vertieft umlaufenden Anlagekante 20 (im Querschnitt im Wesentlichen eine L-Form 21) auf, wobei die Aufnahme zum Lagergehäuse 11 hin offen ist, wohingegen sie geschlossen zum Turbinenrad 4 hin ausgebildet ist. Das Trennelement 14 liegt in der L-Form 21 der Aufnahme 19 ein und wird dort von einer Feder 22, nämlich einer Tellerfeder 23 gehalten, die sich an dem Trennelement 14 einerseits und an dem Lagergehäuse 11 andererseits abstützt. Das Trennelement 14 ist hierbei aus einem Werkstoff geringer Wärmeleitung 24 ausgebildet, insbesondere aus Keramik 25 oder aus Kohlenfaserwerkstoff 26 (CFK). Hierdurch wird eine Wärmeübertragung vom ersten Bereich 6 bei Zuströmung heißen Abgases zum Turbinenrad 4 beziehungsweise vom Turbinenrad 4 in den zweiten Bereich 8 sehr wirksam reduziert oder bei nur kurzzeitigem Betrieb weitgehend verhindert. Gleichzeitig wird vermieden, dass eine unerwünschte Wärmeübertragung auf das Lagergehäuse 11 erfolgt.

Claims

Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einem Turbinengehäuse, das einen ersten Bereich aufweist, in dem Abgas zu einem Turbinenrad geführt wird und in dem das Turbinenrad im Wesentlichen angeordnet ist, und das einen zweiten Bereich aufweist, der sich axial an den ersten Bereich anschließt, wobei der erste und der zweite Bereich mittels eines Trennelements im Wesentlichen voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (14) zur thermischen Isolation aus einem Werkstoff geringer Wärmeleitung (24) und/oder Wärmekapazität besteht.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (14) aus Keramik (25) besteht.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (14) aus Kohlenfaserwerkstoff (CFK) (26) besteht.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (14) in ein Lagerelement (16) eingesetzt ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (14) in eine Aufnahme (19) des Lagerelements (16) eingesetzt ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (14) mittels mindestens einer Feder (22) in die Aufnahme (19) des Lagerelements (16) gedrängt ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (22) eine Tellerfeder (23) ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Feder (22) einerseits an am Trennelement (14) und andererseits an einem Lagergehäuse (11) zur Lagerung des Turbinenrads (4) abstützt.