DE102008022627A1

DE102008022627A1 - Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine and method for operating an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102008022627A1
Application number: DE200810022627
Authority: DE
Inventors: Christian Martin Dr. Ing. Erdmann; Jan Peter Dipl.-Ing. Heinemann; Michal Klusacek; Martin Dr. Dipl.-Ing. Schlegl
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-05-08
Filing date: 2008-05-08
Publication date: 2009-11-12
Also published as: WO2009135570A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine anordenbaren Verdichtergehäuse (10), einem in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine anordenbaren Turbinengehäuse und einem Laufzeug (14), welches innerhalb des Verdichtergehäuses (10) angeordnetes Verdichterrad (16) und ein innerhalb des Turbinengehäuses (12) angeordnetes und über eine Welle (18) drehfest mit dem Verdichterrad (16) gekoppeltes Turbinenrad (20) umfasst, wobei eine Gaszuführleitung (24a, 24b) vorgesehen ist, mittels welcher dem Turbinenrad (20) Gas zum zumindest mittelbaren Beaufschlagen seines Turbinenradrückens (26) zuführbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers.The invention relates to an exhaust-gas turbocharger for an internal combustion engine of a motor vehicle, having a compressor housing (10) which can be arranged in an exhaust tract of the internal combustion engine and a rotor housing (14) which has a compressor wheel (16) arranged inside the compressor housing (10) ) and a within the turbine housing (12) arranged and non-rotatably via a shaft (18) with the compressor wheel (16) coupled turbine wheel (20), wherein a Gaszuführleitung (24a, 24b) is provided, by means of which the turbine wheel (20) gas for at least indirectly acting on his Turbinenradrücken (26) can be fed. The invention further relates to a method for operating an exhaust gas turbocharger.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 11 angegebenen Art.The The invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine Motor vehicle specified in the preamble of claim 1 Art and a method for operating an exhaust gas turbocharger one Internal combustion engine specified in the preamble of claim 11 Art.

Ein derartiger Abgasturbolader ist dabei bereits aus dem Kraftfahrzeugserienbau bekannt und umfasst ein in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine anordenbares Verdichtergehäuse, ein in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine anordenbares Turbinengehäuse sowie ein Laufzeug, welches seinerseits ein innerhalb des Verdichtergehäuses angeordnetes Verdichterrad und ein innerhalb des Turbinengehäuses angeordnetes und über eine Welle drehfest mit dem Verdichterrad gekoppeltes Turbinenrad aufweist. Das Verdichterrad übernimmt dabei das Ansaugen und Verdichten von Frischluft und fördert den vorverdichteten Frischluftstrom weiter zur Brennkraftmaschine. Auf diese Weise steht der Brennkraftmaschine mehr Sauerstoff zur Verbrennung einer entsprechend größeren Kraftstoffmenge zur Verfügung. Die Antriebsleistung des Verdichterrads wird durch das Turbinenrad geliefert, welches durch die Abgase der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Abdichtung der einzelnen Gehäuseteile des Abgasturboladers gegeneinander wird üblicherweise durch Radialwellendichtungen bewerkstelligt, wobei im Bereich des Turbinenrads zusätzlich ein Hitzeschutzblech zur Verringerung der thermischen Belastung der Welle bzw. der Verdichterseite des Abgasturboladers angeordnet ist.One Such exhaust gas turbocharger is already from the motor vehicle serial known and includes a in an intake of an internal combustion engine mountable compressor housing, a turbine housing which can be arranged in an exhaust tract of the internal combustion engine and a running gear, which in turn arranged within the compressor housing Compressor and a disposed within the turbine housing and via a Shaft rotationally fixed with the compressor wheel coupled turbine wheel. The compressor wheel takes over doing the suction and compression of fresh air and promotes the pre-compressed fresh air flow on to the internal combustion engine. On In this way, the internal combustion engine is more oxygen for combustion a correspondingly larger amount of fuel for Available. The driving power of the compressor wheel is through the turbine wheel delivered, which is driven by the exhaust gases of the internal combustion engine becomes. The sealing of the individual housing parts of the exhaust gas turbocharger against each other becomes common accomplished by radial shaft seals, being in the range of Turbine wheel additionally a heat protection plate to reduce the thermal load on the shaft or the compressor side the exhaust gas turbocharger is arranged.

Als nachteilig an den bekannten Abgasturboladern ist dabei der Umstand anzusehen, dass diese unter hohem Kostendruck entworfen sind und daher normalerweise nicht optimal hinsichtlich ihrer aerodynamischen und mechanischen Eigenschaften ausgelegt werden können. Wesentliche Probleme betreffen hierbei insbesondere Sicherstellung der korrekten axialen Positionierung des Turbinenrads während des Betriebs, um den über die Turbinenseite des Abgasturboladers auftretenden Schmiermittelverlust gering zu halten und einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine sicherstellen zu können.When A disadvantage of the known exhaust gas turbochargers is the fact to see that these are designed under high cost pressure and therefore usually not optimal in terms of their aerodynamic and mechanical properties can be designed. basics Problems relate in particular to ensuring the correct axial Positioning of the turbine wheel during operation to the over the Turbine side of the exhaust gas turbocharger occurring lubricant loss low to keep and one as possible To be able to ensure high efficiency of the internal combustion engine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Abgasturbolader der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers zu schaffen, welche eine verbesserte axiale Positionierung des Turbinenrads ermöglichen.task The present invention is therefore an exhaust gas turbocharger initially mentioned type and a method for operating an exhaust gas turbocharger which provides improved axial positioning of the turbine wheel enable.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, wobei die vorteilhaften Ausgestaltungen sowie deren Vorteile – soweit anwendbar – entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren gelten.The Task is achieved by an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine of a motor vehicle with the features of Patent claim 1 and by a method for operating a Exhaust gas turbocharger with the features of claim 11 solved. advantageous Embodiments with appropriate and non-trivial developments of the invention are specified in the subclaims, wherein the advantageous embodiments and their advantages - so far applicable - accordingly for the inventive method apply.

Ein Abgasturbolader, welcher eine verbesserte axiale Positionierung des Turbinenrads ermöglicht, ist erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass eine Gaszuführleitung vorgesehen ist, mittels welcher dem Turbinenrad Gas zum zumindest mittelbaren Beaufschlagen seines Turbinenradrückens zuführbar ist. Mit anderen Worten ist es im Unterschied zum Stand der Technik vorgesehen, den Turbinenradrücken mittels des durch die Gaszuführleitung zuführbaren Gases mittelbar oder unmittelbar mit einer Stellkraft zu beaufschlagen, die einer durch den Abgasstrom auf das Turbinenrad wirkenden Stellkraft entgegenwirkt, wodurch eine dauerhaft zuverlässige axiale Positionierung des Turbinenrads während des Betriebs des Abgasturboladers sichergestellt ist. Die somit herbeigeführte optimierte Rotordynamik des Laufzeugs führt zu einer Steigerung des Wirkungsgrads des Abgasturboladers und ermöglicht dadurch eine entsprechende Senkung des Kraftstoffbedarfs der Brennkraftmaschine. Der erfindungsgemäße Abgasturbolader besitzt somit eine deutlich gesteigerte Qualität sowie eine signifikant verlängerte Lebensdauer.One Exhaust gas turbocharger, which improved axial positioning the turbine wheel allows is according to the invention created that a gas supply line is provided, by means of which the turbine wheel gas for at least indirectly beaufeaufschlag its turbine wheel back is fed. In other words it is provided in contrast to the prior art, the Turbinenradrücken means by the gas supply line deliverable Apply gas directly or indirectly with a force, which counteracts a force acting on the turbine wheel by the exhaust gas flow, whereby a permanently reliable axial Positioning of the turbine wheel during operation of the exhaust gas turbocharger is ensured. The thus induced optimized rotor dynamics of the power tool leads to an increase in the efficiency of the exhaust gas turbocharger, thereby enabling a corresponding reduction of the fuel requirement of the internal combustion engine. The exhaust gas turbocharger according to the invention thus has a significantly increased quality and a significantly extended life.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gaszuführleitung, vorzugsweise stromab des Verdichterrads, in das Verdichtergehäuse mündet. Auf diese Weise kann vorteilhaft die von der Verdichterseite des Abgasturboladers geförderte Frischluft als Gas zum Beaufschlagen des Turbinenradrückens verwendet werden. Zudem wird hierdurch vorteilhaft eine drehzahlabhängige Beaufschlagung des Turbinenradrückens erzielt, so dass höhere Abgasdrücke automatisch durch entsprechend erhöhte Frischluftdrücke kompensiert werden können. Das Turbinenrad befindet sich somit betriebssicher und unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand des Abgasturboladers in einer definierten axialen Position gegenüber dem Turbinengehäuse. Die Gaszuführleitung kann zudem durch ihre einfache Integrierbarkeit in das Gehäuse des Abgasturboladers konstruktiv besonders einfach und kostengünstig ausgebildet werden.In an advantageous embodiment of the invention is provided that the gas supply line, preferably downstream of the compressor wheel, opens into the compressor housing. In this way can be beneficial the funded by the compressor side of the exhaust gas turbocharger fresh air be used as gas to pressurize the turbine wheel back. moreover This advantageously achieves a speed-dependent loading of the turbine wheel back, so that higher exhaust pressures automatically compensated by correspondingly increased fresh air pressures can be. The turbine wheel is thus reliable and independent of respective operating state of the exhaust gas turbocharger in a defined axial position opposite the turbine housing. The gas supply line can also be easily integrated into the housing of the Exhaust gas turbocharger designed particularly simple and inexpensive become.

Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Gaszuführleitung im Bereich des Turbinenradrückens einen Gasaufnahmeraum umfasst. Durch einen derartigen Gasaufnahmeraum können während des Betriebs auftretende Druckdifferenzen des durch die Gaszuführleitung zugeführten Gases vorteilhaft nivelliert und geglättet werden. Weiterhin ist durch das erhöhte Gasvolumen eine zusätzlich verbesserte Kühlleistung des Turbinenrads und der Welle gegeben.Further advantages result in that the gas supply line in the region of the turbine wheel back comprises a gas receiving space. Through such a gas receiving space occurring during operation pressure differences of the gas supplied through the gas supply gas can be advantageous leveled and smoothed. Furthermore, given by the increased gas volume, an additionally improved cooling capacity of the turbine wheel and the shaft.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Dichtelement vorgesehen, mittels welchem die Gaszuführleitung abzudichten ist. Hierdurch können unerwünschte Gasübergänge aus der Gaszuführungsleitung zuverlässig verhindert und der jeweilige, zum Beaufschlagen des Turbinenradrückens erforderliche Gasdruck zuverlässig bereitgestellt werden. Bei Bedarf können natürlich auch zwei oder mehr Dichtelemente vorgesehen sein. Durch die relative Lage mehrerer Dichtelemente zueinander kann dabei die durch das Gas ausübbare Stellkraft auf das Turbinenrad angepasst werden. Dabei kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass das Dichtelement separat oder einstückig mit einem zugeordneten Bauteil des Abgasturboladers ausgebildet ist.In a further advantageous embodiment of the invention is at least a sealing element is provided, by means of which the gas supply line is to seal. This allows undesirable Gas transitions off the gas supply line reliably prevented and the respective one required to pressurize the turbine wheel back Reliable gas pressure to be provided. If necessary, of course, two or more sealing elements be provided. Due to the relative position of several sealing elements each other can be exercised by the gas force on the turbine wheel be adjusted. It can be provided in principle that the sealing element separately or in one piece with an associated Component of the exhaust gas turbocharger is formed.

Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, dass das Dichtelement wenigstens eine Labyrinthdichtung umfasst. Mit Hilfe der Labyrinthdichtung kann eine berührungs- und damit verschleißfreie Abdichtung der Gaszuführleitung auch unter extremen Betriebsbedingungen wie beispielsweise hohen Drehzahlen, Drücken oder Temperaturen sichergestellt werden.there it has been shown in a further embodiment to be advantageous that the sealing element comprises at least one labyrinth seal. With Help of the labyrinth seal can be a contact-free and therefore wear-free seal the gas supply line too under extreme operating conditions such as high speeds, To press or temperatures are ensured.

Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Labyrinthdichtung bezüglich der Welle radial und/oder axial angeordnet ist. Dies erlaubt eine optimale Anpassung der Labyrinthdichtung an die jeweiligen geometrischen Gegebenheiten, wobei vorteilhafterweise die geforderte Abdichtung der Gaszuführungsleitung auch bei einer axialen Verschiebung des Turbinenrads sichergestellt ist.Further Benefits arise by the labyrinth seal with respect to the Shaft is arranged radially and / or axially. This allows an optimal Adaptation of the labyrinth seal to the respective geometric Conditions, where advantageously the required seal the gas supply line ensured even with an axial displacement of the turbine wheel is.

Eine konstruktiv besonders flexible Möglichkeit zur Abdichtung der Gaszuführleitung ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch ermöglicht, dass das Dichtelement am Verdichtergehäuse und/oder am Turbinengehäuse und/oder an einem Lagergehäuse und/oder an der Welle und/oder am Turbinenrad angeordnet ist.A structurally very flexible option for sealing the gas supply line is in a further advantageous embodiment of the invention thereby allows that the sealing element on the compressor housing and / or on the turbine housing and / or on a bearing housing and / or arranged on the shaft and / or on the turbine wheel.

Weitere Vorteile ergeben sich, indem zumindest Wandbereiche des Gasaufnahmeraums der Gaszuführleitung durch das Turbinengehäuse und/oder das Lagergehäuse und/oder den Turbinenradrücken gebildet sind. Hierdurch kann der Gasaufnahmeraum konstruktiv besonders einfach und kostensparend ausgebildet werden.Further Advantages arise by at least wall areas of the gas receiving space the gas supply line through the turbine housing and / or the bearing housing and / or the turbine rear are formed. As a result, the gas receiving space can be constructive in particular be formed simple and cost effective.

Eine gesteuerte bzw. geregelte Gaszufuhr ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch ermöglicht, dass ein Ventilelement vorgesehen ist, mittels welchem ein Strömungsquerschnitt der Gaszuführleitung veränderbar ist. Ein derartiges Ventilelement erlaubt eine einfach an den jeweiligen Betriebszustand des Abgasturboladers anpassbare Zuführung des Gases und eine damit verbundene einstellbare Beaufschlagung des Turbinenradrückens.A controlled or regulated gas supply is in a further embodiment the invention thereby enables a valve element is provided by means of which a flow cross-section the gas supply line variable is. Such a valve element allows easy to the respective Operating condition of the exhaust gas turbocharger customizable supply of Gas and an associated adjustable admission of the Turbinenradrückens.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventilelement mit einer Steuereinrichtung, insbesondere einer Motorsteuereinrichtung, des Kraftfahrzeugs koppelbar ist und ausgebildet ist, den Strömungsquerschnitt in Abhängigkeit von Steuersignalen der Steuereinrichtung zu verändern. Hierdurch ist eine optimal an den jeweiligen Betriebszustand des Abgasturboladers bzw. der zugeordneten Brennkraftmaschine anpassbare Zuführung des Gases ermöglicht, wodurch die zum Beaufschlagen des Turbinenradrückens erforderlichen Druckverhältnisse besonders exakt eingestellt werden können.In a further advantageous embodiment of the invention is provided that the valve element with a control device, in particular a motor control device, the motor vehicle is coupled and is formed, the flow cross-section dependent on to change control signals of the control device. This is an optimal to the respective operating state of the exhaust gas turbocharger or the associated engine allows adaptable supply of the gas, whereby the pressure conditions required to act on the turbine wheel back can be set very precisely.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei eine verbesserte axiale Positionierung des Turbinenrads erfindungsgemäß dadurch ermöglicht wird, dass dem Turbinenrad mittels einer Gaszuführleitung Gas zugeführt und dessen Turbinenradrücken zumindest mittelbar mit dem Gas beaufschlagt wird. Hierdurch ist es möglich, das Turbinenrad mit einer Stellkraft zu beaufschlagen, welche dem durch den Abgasstrom auf das Turbinenrad wirkenden Stellkraft entgegenwirkt. Auf diese Weise wird eine dauerhaft zuverlässige axiale Positionierung des Turbinenrads während des Betriebs des Abgasturboladers sicherstellt. Weitere Vorteile sind bereits den vorhergehenden Beschreibungen zu entnehmen. Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader vorgestellten Ausführungsformen und Weiterbildungen sowie deren Vorteile gelten – soweit anwendbar – entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.One Another aspect of the invention relates to a method of operation an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein an improved axial positioning of the turbine wheel according to the invention thereby allows is supplied to the turbine by means of a gas supply gas and its turbine rear is acted upon at least indirectly with the gas. This is it is possible to impinge the turbine wheel with a force that the counteracts the force acting on the turbine wheel by the exhaust gas flow. In this way, a permanently reliable axial positioning the turbine wheel during the Ensures operation of the exhaust gas turbocharger. Other advantages are already to take the previous descriptions. The related to the exhaust gas turbocharger according to the invention featured embodiments and further developments and their advantages apply - as far as applicable - accordingly for the inventive method.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:Further Advantages, features and details of the invention will be apparent from the following description of exemplary embodiments and by reference the drawings, in which the same or functionally identical elements are provided with identical reference numerals. Showing:

1 eine schematische seitliche Schnittansicht eines Abgasturboladers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; 1 a schematic sectional side view of an exhaust gas turbocharger according to a first embodiment;

2 eine schematische und ausschnittsweise Schnittansicht des in 1 gezeigten Abgasturboladers entlang der Schnittebene II-II; 2 a schematic and partial sectional view of the in 1 shown exhaust gas turbocharger along the sectional plane II-II;

3 eine schematische seitliche Schnittansicht eines Abgasturboladers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; 3 a schematic sectional side view of an exhaust gas turbocharger according to a second embodiment;

4 eine schematische und ausschnittsweise Schnittansicht des in 3 gezeigten Abgasturboladers entlang der Schnittebene IV-IV; 4 a schematic and partial sectional view of the in 3 shown exhaust gas turbocharger along the section plane IV-IV;

5 eine schematische und teilgeschnittene Perspektivansicht eines Dichtelements des Abgasturboladers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; 5 a schematic and partially sectioned perspective view of a sealing element of the exhaust gas turbocharger according to the first embodiment;

6 eine schematische und geschnittene Perspektivansicht eines Lagergehäuses des Abgasturboladers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; und 6 a schematic and sectional perspective view of a bearing housing of the exhaust gas turbocharger according to the second embodiment; and

7 eine schematische und teilgeschnittene Perspektivansicht eines Turbinenrads des Abgasturboladers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. 7 a schematic and partially sectioned perspective view of a turbine wheel of the exhaust gas turbocharger according to the second embodiment.

1 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Abgasturbolader umfasst ein in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine anordenbares Verdichtergehäuse 10, ein in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine anordenbares Turbinengehäuse 12 sowie ein Laufzeug 14, welches seinerseits ein innerhalb des Verdichtergehäuses 10 angeordnetes Verdichterrad 16 und ein innerhalb des Turbinengehäuses 12 angeordnetes und über eine Welle 18 drehfest mit dem Verdichterrad 16 gekoppeltes Turbinenrad 20 umfasst. Die Welle 18 ist in einem Lagergehäuse 22 gelagert, über welches das Verdichtergehäuse 10 und das Turbinengehäuse 12 miteinander gekoppelt sind. Das Verdichtergehäuse 10 und das Verdichterrad 16 bilden den sogenannten Verdichter, das Turbinengehäuse 12 und das Turbinenrad 20 die sogenannte Turbine des Abgasturboladers, wobei das Turbinengehäuse 12 im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei asymmetrisch ausgebildete Spiralkanäle 23a, 23b umfasst. Grundsätzlich kann der Abgasturbolader natürlich auch eine abweichende Anzahl an Gehäuseteilen umfassen, wobei stets ein Verdichter und eine Turbine ausgebildet sind. Ebenso kann das Turbinengehäuse 12 eine unterschiedliche Anzahl an Spiralkanälen 23 bzw. unterschiedlich ausgebildete Spiralkanäle 23 aufweisen. 1 shows a schematic sectional side view of an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine of a motor vehicle according to a first embodiment. The exhaust gas turbocharger comprises a compressor housing which can be arranged in an intake tract of the internal combustion engine 10 a turbine housing which can be arranged in an exhaust tract of the internal combustion engine 12 as well as a running tool 14 , which in turn is a within the compressor housing 10 arranged compressor wheel 16 and one within the turbine housing 12 arranged and over a wave 18 non-rotatable with the compressor wheel 16 coupled turbine wheel 20 includes. The wave 18 is in a bearing housing 22 stored, over which the compressor housing 10 and the turbine housing 12 coupled together. The compressor housing 10 and the compressor wheel 16 form the so-called compressor, the turbine housing 12 and the turbine wheel 20 the so-called turbine of the exhaust gas turbocharger, wherein the turbine housing 12 in the illustrated embodiment, two asymmetrically formed spiral channels 23a . 23b includes. In principle, the exhaust gas turbocharger can of course also comprise a different number of housing parts, wherein a compressor and a turbine are always formed. Likewise, the turbine housing 12 a different number of spiral channels 23 or differently formed spiral channels 23 exhibit.

1 wird im Folgenden in Zusammenschau mit 2 erläutert werden, welche eine schematische und ausschnittsweise Schnittansicht des Abgasturboladers entlang der Schnittebene II-II zeigt. Zur Schmierung der Welle 18 wird dem Lagergehäuse 22 gemäß Pfeil I Schmiermittel zugeführt. Um einen Verlust des Schmiermittels während des Betriebs des Abgasturboladers insbesondere über das Turbinengehäuse 12 zu verhindern, ist eine definierte und betriebssichere axiale Positionierung des Turbinenrads 20 gegenüber dem Turbinengehäuse 12 erforderlich. Um die geforderte axiale Positionierung des Turbinenrads 20 sicherzustellen, umfasst der Abgasturbolader zwei Gaszuführleitungen 24a, 24b, mittels welchen dem Turbinenrad 20 zumindest während des Betriebs des Abgasturboladers Gas zum zumindest mittelbaren Beaufschlagen seines Turbinenradrückens 26 zuführbar ist. Die Gaszuführleitungen 24a, 24b münden hierbei stromab des Verdichterrads 16 in das Verdichtergehäuse 10, so dass verdichtete Frischluft gemäß den Pfeilen IIa, IIb in die Gaszuführleitungen 24a, 24b gedrückt und zum Beaufschlagen des Turbinenradrückens 26 verwendet wird. Hierdurch wird das Turbinenrad 20 mit einer Stellkraft beaufschlagt, die einer durch den Abgasstrom auf das Turbinenrad 20 wirkenden Stellkraft entgegenwirkt, so dass eine dauerhaft zuverlässige axiale Positionierung des Turbinenrads 20 während des Betriebs des Abgasturboladers sicherstellt ist. Dies optimiert den Wirkungsgrad des Abgasturboladers und ermöglicht dadurch eine signifikante Senkung des Kraftstoffbedarfs der Brennkraftmaschine. Da bei zunehmender Abgasmenge auch die Drehzahl des Laufzeugs 14 und damit die Menge der verdichteten Frischluft bzw. die von diesem erzeugte Stellkraft proportional steigt, wird die definierte Position des Turbinenrads 20 unabhängig vom Betriebszustand des Abgasturboladers aufrechterhalten. Mit Hilfe der Gaszuführleitungen 24a, 24b kann zudem vorteilhaft auf bisher erforderliche Radialwellendichtungen und dergleichen verzichtet werden, wodurch die Reibleistungsverluste des Laufzeugs 14 erheblich reduziert werden. Zudem werden die Welle 18 und das Turbinenrad 20 durch die Frischluft gekühlt, so dass auch auf zusätzliche Hitzeschutzschilde verzichtet werden kann. Aufgrund der in jedem Betriebszustand definierten Positionierung des Turbinenrads 20 wird auch das Ansprechverhalten des Abgasturboladers und damit die Agilität der Brennkraftmaschine spürbar erhöht, wodurch entsprechend verbesserte Fahrleistungen ermöglicht sind. 1 is described below in synopsis with 2 which shows a schematic and partial sectional view of the exhaust gas turbocharger along the sectional plane II-II. For lubrication of the shaft 18 becomes the bearing housing 22 supplied according to arrow I lubricant. To a loss of lubricant during operation of the exhaust gas turbocharger, in particular via the turbine housing 12 To prevent, is a defined and reliable axial positioning of the turbine wheel 20 opposite the turbine housing 12 required. To the required axial positioning of the turbine wheel 20 ensure the exhaust gas turbocharger comprises two gas supply lines 24a . 24b , by means of which the turbine wheel 20 at least during operation of the exhaust gas turbocharger gas for at least indirectly acting on his Turbinenradrücken 26 can be fed. The gas supply lines 24a . 24b open in this case downstream of the compressor wheel 16 in the compressor housing 10 , so that compressed fresh air according to the arrows IIa, IIb in the gas supply lines 24a . 24b pressed and for applying the Turbinenradrücken 26 is used. This will cause the turbine wheel 20 subjected to a force, the one through the exhaust stream to the turbine wheel 20 counteracts acting actuating force, so that a permanently reliable axial positioning of the turbine wheel 20 is ensured during operation of the exhaust gas turbocharger. This optimizes the efficiency of the exhaust gas turbocharger and thereby enables a significant reduction in the fuel consumption of the internal combustion engine. As with increasing exhaust gas and the speed of the running gear 14 and so that the amount of compressed fresh air or the force generated by this force increases proportionally, the defined position of the turbine wheel 20 maintained regardless of the operating state of the exhaust gas turbocharger. With the help of gas supply lines 24a . 24b can also be advantageously dispensed with previously required radial shaft seals and the like, whereby the friction losses of the running tool 14 be significantly reduced. In addition, the wave 18 and the turbine wheel 20 cooled by the fresh air, so that can be dispensed with additional heat shields. Due to the defined in each operating state positioning of the turbine wheel 20 Also, the response of the exhaust gas turbocharger and thus the agility of the internal combustion engine is noticeably increased, whereby correspondingly improved performance are possible.

Die Gaszuführleitungen 24a, 24b umfassen im Bereich des Turbinenradrückens 26 einen gemeinsamen Gasaufnahmeraum 28 mit einem vergrößerten Volumen, mittels welchem während des Betriebs auftretende Druckdifferenzen des zugeführten Gases nivelliert und geglättet werden können. Weiterhin ist durch das erhöhte Gasvolumen eine zusätzlich verbesserte Kühlung des Turbinenrads 20 und der Welle 18 gegeben. Um ein unerwünschtes Entweichen des Gases und einen damit verbundenen Abfall der Stellkraft zu verhindern, ist ein Dichtelement 30 (s. 5) vorgesehen, mittels welchem die Gaszuführleitungen 24a, 24b im Bereich des Turbinenrads 20 abgedichtet sind. Das Dichtelement 30 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als separates Bauteil ausgeführt und im Bereich des Turbinenradrückens 26 drehfest mit der Welle 18 verbunden. Die Beaufschlagung des Turbinenradrückens 26 mit Gas erfolgt somit mittelbar über das Dichtelement 30. Das Dichtelement 30 weist zwei Labyrinthdichtungen 32a, 32b auf, durch welche eine berührungs- und verschleißfreie Abdichtung der Gaszuführleitung 24a, 24b bzw. des Gasaufnahmeraums 28 unter extremen Betriebsbedingungen wie beispielsweise hohen Drehzahlen, Drücken oder Temperaturen sichergestellt ist. Die Wände des Gasaufnahmeraums 28 werden somit durch das Dichtelement 30 sowie durch Wandbereiche des Turbinengehäuses 12 und des Lagergehäuses 22 gebildet. Die Labyrinthdichtungen 32a, 32b sind dabei bezüglich der Welle 18 radial angeordnet, so dass die geforderte Dichtleistung auch bei axialen Bewegungen des Laufzeugs 14 gegenüber den einzelnen Gehäuseteilen des Abgasturboladers sichergestellt ist. Über die relative Lage der Labyrinthdichtungen 32a, 32b kann der mittels des zugeführten Gases auf den Turbinenradrücken 26 ausgeübte Gasdruck beeinflusst werden. Zur besonders präzisen Steuerung bzw. Regelung des Gasdrucks kann weiterhin ein Ventilelement (nicht gezeigt) vorgesehen sein, mittels welchem ein Strömungsquerschnitt wenigstens einer der Gaszuführleitungen 24a, 24b veränderbar ist. Das Ventilelement kann zusätzlich mit einer Steuereinrichtung, insbesondere einer Motorsteuereinrichtung, des Kraftfahrzeugs gekoppelt sein und beispielsweise getaktet betrieben werden, um den Strömungsquerschnitt und damit den Gasdruck in Abhängigkeit des Betriebszustands der Brennkraftmaschine zu verändern.The gas supply lines 24a . 24b include in the area of the turbine wheel back 26 a common gas storage room 28 with an increased volume, by means of which occurring during operation pressure differences of the supplied gas can be leveled and smoothed. Furthermore, due to the increased gas volume, an additionally improved cooling of the turbine wheel 20 and the wave 18 given. In order to prevent undesired escape of the gas and an associated drop in the actuating force, a sealing element 30 (S. 5 ), by means of which the gas supply lines 24a . 24b in the area of the turbine wheel 20 are sealed. The sealing element 30 is executed in the present embodiment as a separate component and in the region of the Turbinenradrückens 26 rotatably with the shaft 18 connected. The impingement of the turbine wheel back 26 with gas thus takes place indirectly via the sealing element 30 , The sealing element 30 has two labyrinth seals 32a . 32b on, through which a contact and wear-free sealing of the gas supply 24a . 24b or the gas receiving space 28 under extreme operating conditions such as high speeds, pressures or temperatures is ensured. The walls of the gas storage room 28 are thus by the sealing element 30 and by wall areas of the turbine housing 12 and the bearing housing 22 educated. The labyrinth seals 32a . 32b are about the wave 18 arranged radially, so that the required sealing performance even with axial movements of the power tool 14 is ensured opposite to the individual housing parts of the exhaust gas turbocharger. About the relative position of the labyrinth seals 32a . 32b can the by means of the gas supplied to the Turbinenradrücken 26 applied gas pressure can be influenced. For particularly precise control or regulation of the gas pressure, a valve element (not shown) can furthermore be provided, by means of which a flow cross-section of at least one of the gas supply lines 24a . 24b is changeable. The valve element may additionally be coupled to a control device, in particular a motor control device, of the motor vehicle and operated in a clocked manner, for example, in order to change the flow cross section and thus the gas pressure as a function of the operating state of the internal combustion engine.

3 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht eines Abgasturboladers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und wird im Folgenden in Zusammenschau mit 4 erläutert werden, wobei in 4 eine schematische und ausschnittsweise Schnittansicht des Abgasturboladers entlang der Schnittebene IV-IV gezeigt ist. Der grundsätzliche konstruktive Aufbau des Abgasturboladers ist dabei bereits aus der vorhergehenden Beschreibung bekannt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist das Dichtelement 30 einteilig mit dem Turbinenrad 20 ausgebildet. Weiterhin ist die Labyrinthdichtung 32a axial gegenüber der Welle 18 angeordnet und umfasst miteinander korrespondierende Teildichtungen, welche einander gegenüberliegend am Lagergehäuse 22 und am Turbinenrad 20 bzw. an dessen Turbinenradrücken 26 angeordnet sind. Die Wände des Gasaufnahmeraums 28 der Gaszuführleitungen 24a, 24b sind somit im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den Turbinenradrücken 26 sowie durch Wandbereiche des Turbinengehäuses 12 und des Lagergehäuses 22 gebildet. Der Turbinenradrücken 26 wird daher im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel unmittelbar mit Frischluft beaufschlagt. 3 shows a schematic sectional side view of an exhaust gas turbocharger according to a second embodiment and will be in the following in conjunction with 4 be explained, in 4 a schematic and partial sectional view of the exhaust gas turbocharger along the section plane IV-IV is shown. The basic structural design of the exhaust gas turbocharger is already known from the foregoing description. In contrast to the first embodiment, the sealing element 30 in one piece with the turbine wheel 20 educated. Furthermore, the labyrinth seal 32a axially opposite the shaft 18 arranged and includes mutually corresponding part seals, which are opposite to each other on the bearing housing 22 and at the turbine wheel 20 or at the turbine wheel back 26 are arranged. The walls of the gas storage room 28 the gas supply lines 24a . 24b are thus in the present embodiment by the Turbinenradrücken 26 and by wall areas of the turbine housing 12 and the bearing housing 22 educated. The turbine back 26 Therefore, in contrast to the first embodiment, fresh air is applied directly.

5 zeigt eine schematische und teilgeschnittene Perspektivansicht des als separates Bauteil ausgebildeten Dichtelements 30 des Abgasturboladers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei sind insbesondere die radial angeordneten Labyrinthdichtungen 32a, 32b erkennbar. 5 shows a schematic and partially sectioned perspective view of the formed as a separate component sealing element 30 the exhaust gas turbocharger according to the first embodiment. In particular, the radially arranged labyrinth seals are 32a . 32b recognizable.

6 zeigt eine schematische und geschnittene Perspektivansicht des Lagergehäuses 22 des Abgasturboladers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Neben einem Lagerbereich 34 für die Welle 18 ist vor allem der Gasaufnahmeraum 28 erkennbar. Weiterhin sind der mit der am Turbinenrad 20 ausgebildeten Labyrinthdichtung 32b zusammenwirkende Wandbereich 36 des Lagergehäuses 22 sowie die axial angeordnete Labyrinthteildichtung 32a erkennbar, welche als Dichtelement 30 mit der am Turbinenrad 20 ausgebildeten Labyrinthteildichtung 32a (s. 7) zusammenwirkt. 6 shows a schematic and sectioned perspective view of the bearing housing 22 the exhaust gas turbocharger according to the second embodiment. In addition to a storage area 34 for the wave 18 is above all the gas receiving space 28 recognizable. Furthermore, with the on the turbine wheel 20 trained labyrinth seal 32b Cooperating wall area 36 of the bearing housing 22 as well as the axially arranged labyrinth part seal 32a recognizable, which as a sealing element 30 with the turbine wheel 20 trained labyrinth seal 32a (S. 7 ) cooperates.

7 zeigt schließlich eine schematische und teilgeschnittene Perspektivansicht des Turbinenrads 20 des Abgasturboladers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Dabei sind die bezüglich der Welle 18 axial angeordnete Labyrinthteildichtung 32a sowie die radial angeordnete Labyrinthdichtung 32b des Dichtelements 30 erkennbar. 7 Finally, shows a schematic and partially sectioned perspective view of the turbine wheel 20 the exhaust gas turbocharger according to the second embodiment. Here are the respect to the shaft 18 axially arranged labyrinth seal 32a and the radially arranged labyrinth seal 32b of the sealing element 30 recognizable.

Claims

Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine of a motor vehicle, having a compressor housing that can be arranged in an intake tract of the internal combustion engine ( 10 ), which can be arranged in an exhaust tract of the internal combustion engine turbine housing ( 12 ) and a running tool ( 14 ), which one within the compressor housing ( 10 ) arranged compressor wheel ( 16 ) and within the turbine housing ( 12 ) and over a shaft ( 18 ) rotatably with the compressor wheel ( 16 ) coupled turbine wheel ( 20 ), characterized in that a gas supply line ( 24a . 24b ) is provided, by means of which the turbine wheel ( 20 ) Gas for at least indirectly applying its turbine wheel back ( 26 ) can be fed.

Exhaust gas turbocharger according to claim 1, characterized in that the gas supply line ( 24a . 24b ), preferably downstream of the compressor wheel ( 16 ), into the compressor housing ( 10 ) opens.

Exhaust gas turbocharger according to claim 1 or 2, characterized in that the gas supply line ( 24a . 24b ) in the region of the turbine wheel back ( 26 ) a gas receiving space ( 28 ).

Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one sealing element ( 30 ) is provided, by means of which the gas supply line ( 24a . 24b ) is to seal.

Exhaust gas turbocharger according to claim 4, characterized in that the sealing element ( 30 ) at least one labyrinth seal ( 32a . 32b ).

Exhaust gas turbocharger according to claim 5, characterized in that the labyrinth seal ( 32a . 32b ) with respect to the shaft ( 18 ) is arranged radially and / or axially.

Exhaust gas turbocharger according to one of claims 4 to 6, characterized in that the sealing element ( 30 ) on the compressor housing ( 10 ) and / or on the turbine housing ( 12 ) and / or on a bearing housing ( 22 ) and / or on the shaft ( 18 ) and / or on the turbine wheel ( 20 ) is arranged.

Exhaust gas turbocharger according to one of claims 3 to 7, characterized in that at least wall portions of the gas accommodating space ( 28 ) of the gas supply line ( 24a . 24b ) through the turbine housing ( 12 ) and / or the bearing housing ( 22 ) and / or the turbine back ( 26 ) are formed.

Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 8, characterized in that a valve element is provided, by means of which a flow cross-section of the gas supply line ( 24a . 24b ) is changeable.

Exhaust gas turbocharger according to claim 9, characterized in that that the valve element with a control device, in particular a motor control device, the motor vehicle is coupled and formed is, the flow cross-section dependent on to change control signals of the control device.

Method for operating an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein a compressor housing ( 10 ) of the exhaust gas turbocharger in an intake tract of the internal combustion engine and a turbine housing ( 12 ) of the exhaust gas turbocharger are arranged in an exhaust tract of the internal combustion engine and the exhaust gas turbocharger as a running tool ( 14 ) a compressor wheel ( 16 ) within the compressor housing ( 10 ) as well as over a wave ( 18 ) rotatably with this coupled turbine wheel ( 20 ) within the turbine housing ( 12 ), characterized in that the turbine wheel ( 20 ) by means of a gas supply line ( 24a . 24b ) Supplied gas and whose Turbinenradrücken ( 26 ) is at least indirectly applied to the gas.