DE102008000859A1

DE102008000859A1 - Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008000859A1
Application number: DE102008000859A
Authority: DE
Inventors: Gunter Winkler; Thanh-Hung Nguyen-Schaefer
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: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: DE102008000859B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Abgasturbine (3), die mindestens eine, zwischen zwei Gehäusebauteilen (5, 6) schwenkbar gelagerte Strömungsleitschaufel (13) für ein Medium aufweist, wobei die Gehäusebauteile (5, 6) mittels mindestens einer, insbesondere dreier, im Strömungsweg des Mediums liegenden Abstandsstrebe(n) (9) verbunden sind. Dabei ist vorgesehen, dass die Abstandsstrebe (9) von mindestens einem Mediumströmungskanal (17) durchsetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einer Abgasturbine, die mindestens eine, zwischen zwei Gehäusebauteilen schwenkbar gelagerte Strömungsleitschaufel für ein Medium aufweist, wobei die Gehäusebauteile mittels mindestens einer, im Strömungsweg des Mediums liegenden Abstandstrebe verbunden sind.
Abgasturbolader der Eingangs genannten Art sind bekannt. Zur Optimierung des Betriebspunktes des Abgasturboladers ist unter Berücksichtigung verschiedener Betriebspunkte einer Brennkraftmaschine, der der Abgasturbolader zugeordnet ist, eine variable Turbinengeometrie einer Turbine des Abgasturboladers vorgesehen. Diese variable Turbinengeometrie (VTG) wird mittels der vorstehend erwähnten, mindestens einen schwenkbar gelagerten Strömungsleitschaufel gebildet. Vorzugsweise sind mehrere derartige Strömungsleitschaufeln vorgesehen, die um die Turbine herum winkelbeabstandet zueinander angeordnet sind und in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Winkelstellung der Turbine einen entsprechenden Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine zuführen. Bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine beziehungsweise niedriger Betriebspunktleistung der Brennkraftmaschine liegt ein entsprechend geringer Abgasmassenstrom vor, der von den Strömungsleitschaufeln derart der Turbine zugeführt wird, dass sich eine Impulszunahmen des Abgases gegenüber der Turbine einstellt und hierdurch eine Erhöhung der Turbinendrehzahl auftritt. Hierdurch wird aufgrund des dadurch entstehenden größeren Ladedrucks in der Brennkraftmaschine ein größeres Motordrehmoment erreicht. Liegt ein Betriebspunkt der Brennkraftmaschine mit hoher Motordrehzahl vor, so ergibt sich ein entsprechend hoher Abgasdruck und ein entsprechend großer Abgasmassenstrom. Hierbei sind die Strömungsleitschaufeln derart ausgerichtet, insbesondere vollständig geöffnet, um die Turbine des Abgasturboladers in einen optimalen Betriebsbereich zu bringen. Die von dem Abgas der Brennkraftmaschine angetriebene Turbine des Abgasturboladers treibt einen Kompressor an, der Luft komprimiert, die als Saugluft der Brennkraftmaschine mit großem Ladedruck zugeführt wird. Hierdurch wird die Brennkraftmaschine in allen Drehzahlbereichen mit einem entsprechend großen Luftüberschuss betrieben, was zu einem schadstoffarmen und sparsamen Betriebsverhalten, auch bei größeren Drehmomenten des Verbrennungsmotors, führt. Die bekannten Abgasturbolader weisen Gehäusebauteile auf, zwischen denen die mindestens eine Strömungsleitschaufel schwenkbar gelagert ist. Insbesondere sind mehrere Strömungsleitschaufeln vorgesehen. Die Gehäuseteile sind mittels mindestens einer Abstandsstrebe, insbesondere dreier Abstandsstreben, aneinander befestigt, wobei die Abstandsstrebe im Strom des der Turbine zugeführten Mediums liegt. Der von ihr eingenommene Raum kann daher nicht für die Mediumzufuhr verwendet werden.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung, bei der die Abstandsstrebe von mindestens einem Mediumströmungskanal durchsetzt ist, wird der von der Abstandstrebe eingenommene Bauraum zumindest teilweise ebenfalls für eine Zufuhr des Mediums zur Turbine genutzt, sodass hohe Anströmungsquerschnitte ausgebildet sind, die einen Druckverlust vermindern und daher zu einem optimalen Wirkungsgrad der Turbine führen. Aufgrund der Erfindung wird das einströmende Abgas also nur unwesentlich behindert, sodass ein besonders schadstoffarmer und sparsamer Betrieb der dem Abgasturbolader zugeordneten Brennkraftmaschine möglich wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gehäusebauteile als Platten ausgeführt sind. Insbesondere sind die Gehäusebauteile parallel zueinander angeordnet. Zwischen den beiden parallelen Gehäusebauteilen, insbesondere Platten, befinden sich vorzugsweise mehrere schwenkbar gelagerte Strömungsleitschaufeln. Die Gehäusebauteile können bevorzugt jeweils einen kreisförmigen Grundriss aufweisen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Gehäusebauteil zusammen mit der Abstandsstrebe einstückig ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die Abstandsstrebe kein separates Bauteil ist, sondern mit einem der Gehäusebauteile hergestellt ist, beispielsweise mittels eines Gießvorgangs.
Um ein passgenaues Zusammenfügen der beiden Gehäusebauteile zu ermöglichen, weist die Abstandsstrebe bevorzugt einen Absatz auf. Auf den Absatz ist das entsprechend zugeordnete Gehäusebauteil aufgelegt, sodass der Absatz eine Lagerfläche für einen reproduzierbaren Zusammenbau bildet.
Der Absatz ist bevorzugt an einer Stufe der Abstandsstrebe angeordnet, wobei in diese Stufe das entsprechende Gehäusebauteil eingelegt werden kann, sodass ein passgenauer und positionsgenauer Zusammenbau erfolgen kann, das heißt, die beteiligten Bauteile sind in axialer und radialer Richtung zueinander ausgerichtet und fixiert. Insbesondere wird das Gehäusebauteil auf dem Absatz abgestützt angeordnet.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Gehäusebauteil mittels mindestens einem Druck- und/oder Klemmelement, insbesondere Plattenfeder, in Zusammenbauposition gehalten wird. Somit sind die beiden Gehäusebauteile derart aneinander befestigt, dass axiale und radiale Position der Gehäusebauteile in Zusammenbauposition fixiert sind, der Abgasturbolader jedoch auf einfache Art zerlegt werden kann, insbesondere zu Wartungszwecken.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, einen Bereich eines der Gehäusebauteile mit der Stufe zu verschweißen, um die beiden Gehäusebauteile aneinander zu befestigen.
Die erwähnte Strömungsleitschaufel weist vorzugsweise Wellenstutzen zur Lagerung auf. Die Wellenstutzen, die vorzugsweise von der Strömungsleitschaufel in zueinander entgegengesetzten Richtungen ausgehen, sind bevorzugt in Lagerbohrungen der Gehäusebauteile gelagert. Der Leckagespalt, das heißt der Spalt zwischen der Strömungsleitschaufel und dem Gehäuse, wird somit durch die Differenz zwischen der Strömungsleitschaufelhöhe und dem Abstand der Gehäuseteile bestimmt.
Insbesondere können die Wellenstutzen auch mit Absätzen versehen sein, die die Strömungsleitschaufeln zu den Gehäusebauteilen beabstanden. Die Absätze bilden demzufolge Abstandshalter, die verhindern, dass die Strömungsleitschaufel mit den Gehäusebauteilen schleifend in Kontakt treten kann.
Durch eine der vorgenannten Ausführungsformen ist eine leichtgängige Konstruktion realisiert, die auch bei hohen Temperaturbeaufschlagungen und Temperaturschwankungen ihre Leichtgängigkeit nicht verliert.
Die Anordnung kann vorzugsweise derart getroffen sein, dass mehrere Abstandsstreben vorgesehen sind, die über den Umfang der Abgasturbine verteilt angeordnet sind.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Gehäusebauteile, die Strömungsleitschaufel, die Abstandsstrebe und die Wellenstutzen eine, vorzugsweise in einen Abgasturbolader einsetzbare Baueinheit bilden. Demzufolge ist ein Modul geschaffen, das als Gesamtbaugruppe dem Abgasturbolader zugeordnet werden kann. Hierdurch ist eine einfache Montage und auch eine einfache Austauschbarkeit gegeben.
Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zwar zeigt:
1 eine schematische Draufsicht auf einen Abgasturbolader und
2 einen Querschnitt durch den Abgasturbolader der 1 entlang der Linien A-A.
Die 1 und 2 zeigen bereichsweise einen Abgasturbolader 1, der ein Turbinenrad 2 einer Abgasturbine 3 aufweist. Dem Turbinenrad 2 ist eine Baueinheit 4 zugeordnet, die dem Anströmen des Turbinenrads 2 mit einem Medium dient.
Die Baueinheit 4 weist zwei Gehäusebauteile 5, 6 auf, die im Wesentlichen als Platten 7, 8 ausgebildet sind. Zwischen den beiden Gehäuseteilen 5, 6 sind Abstandsstreben 9 angeordnet, derart, dass die beiden Platten 7, 8 mit Abstand parallel zueinander verlaufen. Der 1 ist zu entnehmen, dass drei Abstandsstreben 9 vorgesehen sind, die um 120° winkelversetzt zueinander angeordnet sind. Der 2 ist zu entnehmen, dass die Abstandsstreben 9 einstückig mit der Platte 7 ausgebildet sind. Jede Abstandsstrebe 9 weist einen Absatz 10 auf, der Teil einer Stufe 11 ist. In die Stufe 11 ist die Platte 8 derart eingelegt, das sie auf dem Absatz 10 aufliegt. Eine Befestigung der Platte 8 an den Abstandsstreben 9 erfolgt mittels Schweißung 12.
Alternativ ist es vorgesehen, die auf dem Absatz 10 aufliegende Platte 8 mit nicht dargestellten, von außen wirkenden Druck- und/oder Klemmelementen, insbesondere Plattenfedern oder anderen elastischen Elementen, zu befestigen und somit die Platten 8 und 9 zueinander zu fixieren.
Aus der 1 ist ersichtlich, dass der Peripherie des Turbinenrads 2 mehrere Strömungsleitschaufeln 13 für das Medium zugeordnet sind. Der Einfachheit halber sind in der 1 lediglich drei Strömungsleitschaufeln 13 abgebildet. Jede Strömungsleitschaufel 13 weist auf einander gegenüberliegenden Seiten jeweils einen Wellenstutzen 14 auf, der jeweils in einer Lagerbohrung 15 der Gehäusebauteile 5,6 drehbar gelagert ist. Die beiden Wellenstutzen 14 weisen Absätze 16 auf, die zur Zentrierung der Strömungsleitschaufel 13 zwischen den beiden Gehäusebauteilen 5, 6 dienen. Alternativ ist auch eine Variante vorgesehen, nach der die Wellenstutzen 14 keine Absätze 16 aufweisen. In diesem Fall können die Strömungsleitschaufeln 13 beispielsweise durch axiale Fixierung der Wellenstutzen 14 positioniert und ihr Abstand von den Gehäusebauteilen 5, 6 somit festgelegt werden.
Die Abstandsstreben 9 sind jeweils von einem Mediumströmungskanal 17 durchsetzt, sodass zuströmendes Medium die Abstandsstreben 9 im Wesentlichen nicht als Hindernis erfährt, sondern die Abstandsstreben 9 nahezu ungehindert passieren kann.
Im Betrieb des Abgasturboladers strömt das Medium auf das Turbinenrad 2 radial allseitig zu, wobei es teilweise die Mediumströmungskanäle 17 der Abstandsstreben 9 und auch die Zwischenräume zwischen den Abstandsstreben 9 durchsetzt, zu den Strömungsleitschaufeln 13 gelangt und von dort in das Turbinenrad 2 zu dessen Antrieb eintritt. Bei dem Medium handelt es sich um Abgas einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Das Turbinenrad 2 treibt einen nicht dargestellten Kompressor an, der Verbrennungsluft über die Brennkraftmaschine komprimiert.

Claims

Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einer Abgasturbine, die mindestens eine, zwischen zwei Gehäusebauteilen schwenkbar gelagerte Strömungsleitschaufel für ein Medium aufweist, wobei die Gehäusebauteile mittels mindestens einer, insbesondere dreier, im Strömungsweg des Mediums liegenden Abstandsstrebe(n) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsstrebe (9) von mindestens einem Mediumströmungskanal (17) durchsetzt ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebauteile (5, 6) als Platten (7, 8) ausgeführt sind.
Abgasturbolader nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebauteile (5, 6) zueinander parallel angeordnet sind.
Abgasturbolader nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebauteile (5, 6) jeweils einen kreisförmigen Grundriss aufweisen.
Abgasturbolader nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäusebauteil (5, 6) zusammen mit der Abstandsstrebe (9) einstückig ausgebildet ist.
Abgasturbolader nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsstrebe (9) einen Absatz (10) aufweist.
Abgasturbolader nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das der Absatz (10) an einer Stufe (11) der Abstandsstrebe (9) angeordnet ist.
Abgasturbolader nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Gehäusebauteile (5, 6) an dem Absatz (10) abgestützt angeordnet ist.
Abgasturbolader nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Stufe (11) das Gehäusebauteil (5, 6) mit einem Bereich eingesetzt ist.
Abgasturbolader nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (5, 6) mittels mindestens einem Druck- und/oder Klemmelement, insbesondere Plattenfeder, in Zusammenbauposition gehalten wird.
Abgasturbolader nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich mit der Stufe (11) verschweißt ist.
Abgasturbolader nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitschaufel (13) Wellenstutzen (14) zur Lagerung aufweist.
Abgasturbolader nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenstutzen (14) in Lagerbohrungen (15) der Gehäusebauteile (5, 6) gelagert wird.
Abgasturbolader nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenstutzen (14) Absätze (16) aufweist, die die Strömungsleitschaufel (13) zu den Gehäusebauteilen (5, 6) beabstanden.
Abgasturbolader nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, insbesondere drei, Abstandsstreben (9) vorgesehen sind, die über den Umfang der Abgasturbine (3) verteilt angeordnet sind.
Abgasturbolader nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebauteile (5, 6), die Strömungsleitschaufel (13), die Abstandsstrebe (9) und die Wellenstutzen (14) eine in den Abgasturbolader einsetzbare Baueinheit (4) bilden.