DE102008031724A1 - Twin-scroll turbocharger for an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Twin-scroll-Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Zylindern, wobei der Twin-scroll-Abgasturbolader ein Turbinengehäuse (1) mit einem Abgaseinlassflansch (2) mit zwei Abgaseinlässen (3, 4) mit einem Einströmquerschnitt aufweist, wobei jeder Abgaseinlass (3, 4) mit einem Zylinder (Z1, Z2, Z3, Z4) abgasführend verbindbar ist und wobei sich jeder Abgaseinlass (3, 4) in dem Turbinengehäuse (1) als ein Spiralkanal um die Turbine des Twin-scroll-Abgasturboladers herumstreckt, wobei die Einströmquerschnitte weitgehend kreisrund sind. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird die Fertigung des Twin-scroll-Abgasturboladers wesentlich vereinfacht und die Anströmung der Turbine deutlich verbessert.Twin-scroll turbocharger for an internal combustion engine having at least two cylinders, the twin-scroll turbocharger having a turbine housing (1) with a Abgaseinlassflansch (2) with two exhaust gas inlets (3, 4) having an inlet cross-section, each exhaust inlet (3, 4) with a cylinder (Z1, Z2, Z3, Z4) is connectable exhaust gas and wherein each exhaust inlet (3, 4) in the turbine housing (1) as a spiral channel around the turbine of the twin-scroll exhaust gas turbocharger stretches, wherein the inflow cross sections are largely circular. The inventive design, the production of the twin-scroll exhaust gas turbocharger is substantially simplified and the flow of the turbine significantly improved.

Description

Die Erfindung betrifft einen Twin-scroll-Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a twin-scroll turbocharger for an internal combustion engine having the features of the preamble of Patent claim 1.

Die Erfindung geht von der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2006 002 130 A1 aus. Aus dieser ist ein Twin-scroll-Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine bekannt, die zumindest zwei Zylinder aufweist, wobei der Twin-scroll-Abgasturbolader ein Turbinengehäuse mit einem Abgaseinlassflansch mit zwei Abgaseinlässen, die jeweils einen Einströmquerschnitt aufweisen, bekannt. Jeder Abgaseinlass ist für zumindest einen Zylinder der Brennkraftmaschine vorgesehen, wobei sich die Abgaseinlässe in dem Turbinengehäuse als Spiralkanäle um eine Turbine des Twin-scroll-Abgasturboladers herum erstrecken. Die Abgaseinströmöffnungen sind D-förmig ausgebildet, wodurch eine leichte Anbindung eines Abgaskrümmers möglich ist. Zur Vermeidung von Rissen in diesem Steg wird in der DE 10 2006 002 130 A1 vorgeschlagen, in den Steg, im Bereich des Befestigungsflansches eine Ausnehmung einzubringen.The invention is based on the German Offenlegungsschrift DE 10 2006 002 130 A1 out. From this, a twin-scroll turbocharger for an internal combustion engine is known, which has at least two cylinders, wherein the twin-scroll turbocharger a turbine housing with a Abgaseinlassflansch with two exhaust gas inlets, each having a Einströmquerschnitt known. Each exhaust gas inlet is provided for at least one cylinder of the internal combustion engine, wherein the exhaust gas inlets in the turbine housing extend around a turbine of the twin-scroll exhaust gas turbocharger as spiral channels. The Abgaseinströmöffnungen are D-shaped, whereby a slight connection of an exhaust manifold is possible. To avoid cracks in this bridge is in the DE 10 2006 002 130 A1 proposed to introduce a recess in the web, in the region of the mounting flange.

Nachteilig bei der beschriebenen Ausgestaltung ist eine relativ aufwändige Fertigung des Turbinengehäuses, insbesondere des Abgaseinlassflansches.adversely in the described embodiment is a relatively expensive Production of the turbine housing, in particular the Abgaseinlassflansches.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Turbinengehäuse aufzuzeigen, welches einfach zu fertigen ist bei gleichzeitig verbesserter Anströmung der Turbine mit Abgasen.task The present invention is a turbine housing To show which is easy to manufacture with improved at the same time Flow of the turbine with exhaust gases.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by the feature in the characterizing part of the claim 1 solved.

Aufgrund der weitgehend kreisrund ausgestalteten Einströmquerschnitte sind diese einerseits besonders einfach spanend, wie z. B. durch Fräsen, Bohren usw. oder auch spanlos, z. B. mit Gießverfahren, zu fertigen, wobei gleichzeitig eine stoßfreiere Anbindung der Abgasführenden Oberflächen an einen Abgaskrümmer möglich ist. Durch diese stoßfreiere Anbindung des Abgasturboladers an den Abgaskrümmer werden die Strömungsverluste minimiert, wodurch die Anströmung der Turbine des Abgasturboladers mit Abgas verbessert wird.by virtue of the largely circular inflow cross sections These are on the one hand very easy to machine, such. B. by Milling, drilling, etc. or without cutting, z. B. with casting, to manufacture, while a bumpless connection the exhaust-carrying surfaces to an exhaust manifold is possible. Through this bumpless connection the exhaust gas turbocharger to the exhaust manifold are the flow losses minimized, causing the flow to the turbine of the exhaust gas turbocharger is improved with exhaust.

Durch die Anordnung der Abgaseinlässe gemäß Patentanspruch 2 ist die Geometrie des Abgaskrümmers einfacher festlegbar.By the arrangement of the exhaust gas inlets according to claim 2, the geometry of the exhaust manifold is easier to fix.

Der erfindungsgemäße Twin-scroll-Abgasturbolader kann durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 für jede mehrzylindrige Brennkraftmaschine eingesetzt werden, unabhängig von der Zylinderzahl.Of the inventive twin-scroll turbocharger can by the embodiment according to claim 3 be used for any multi-cylinder internal combustion engine, regardless of the number of cylinders.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante.The Embodiment according to claim 4 is a particularly preferred embodiment.

Die Ausgestaltung gem. Patentanspruch 5 verbessert nochmals die Anströmung der Turbine mit Abgas und verbessert den Wirkungsgrad des Abgasturboladers nochmals erheblich.The Design acc. Claim 5 further improves the flow the turbine with exhaust gas and improves the efficiency of the exhaust gas turbocharger again considerably.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles in drei Figuren näher erläutert.in the The following is the invention with reference to a particularly preferred embodiment explained in more detail in three figures.

1 zeigt ein Turbinengehäuse eines erfindungsgemäßen Twin-scroll-Abgasturboladers. 1 shows a turbine housing of a twin-scroll turbocharger according to the invention.

2 zeigt das Turbinengehäuse des erfindungsgemäßen Twin-scroll-Abgasturboladers mit einem Abgaskrümmer. 2 shows the turbine housing of the twin-scroll turbocharger according to the invention with an exhaust manifold.

3 zeigt eine Aufsicht auf die Strömungskanäle des erfindungsgemäßen Twin-scroll-Abgasturboladers. 3 shows a plan view of the flow channels of the twin-scroll exhaust gas turbocharger according to the invention.

1 zeigt ein Turbinengehäuse 1 eines Twin-scroll-Abgasturboladers in dreidimensionaler Aufsicht. Das Turbinengehäuse 1 weist einen Abgasflansch 2 auf mit zwei Abgaseinlässen 3, 4. Erfindungsgemäß sind die Abgaseinlässe 3, 4 weitgehend kreisrund ausgeformt. In diesem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Abgaseinlässe 3, 4 in dem Abgaseinlassflansch 2 in Projektion auf die nicht näher erkennbaren Spiralkanäle in dem Turbinengehäuse 1 in Erstreckungsrichtung der Spiralkanäle weitgehend nebeneinander ausgerichtet. Dies ermöglicht eine besonders gute Anströmung der Turbine mit Abgas. 1 shows a turbine housing 1 a twin-scroll turbocharger in three-dimensional view. The turbine housing 1 has an exhaust flange 2 on with two exhaust inlets 3 . 4 , According to the invention, the exhaust gas inlets 3 . 4 formed largely circular. In this particularly preferred embodiment, the exhaust gas inlets 3 . 4 in the exhaust inlet flange 2 in projection on the spiral channels in the turbine housing, which can not be seen in more detail 1 aligned in the direction of extension of the spiral channels largely side by side. This allows a particularly good flow of the turbine with exhaust gas.

2 zeigt das erfindungsgemäße Turbinengehäuse 1 sowie einen an das Turbinengehäuse 1 angeordneten Abgaskrümmer 5 in ebenfalls dreidimensionaler Darstellung. Der Abgaskrümmer 5 ist für eine 4-zylindrige Brennkraftmaschine vorgesehen, wobei die Abgaseinlässe des Abgaskrümmers 5 zu den Zylindern Z1, Z2, Z3, Z4 der nicht dargestellten Brennkraftmaschine weisen. Weiter sind jeweils zwei Zylinder, Z1 und Z4 sowie Z2 und Z3 zu einer Zylindergruppe zusammengefasst, die jeweils abgasführend mit einem Abgaseinlass 3, 4 verbunden sind. In anderen Ausführungsbeispielen ist es auch möglich mit den Abgasen von Brennkraftmaschinen mit einer Zylinder zahl ungleich vier Zylinder einen erfindungsgemäßen Twin-scroll-Abgasturbolader zu beaufschlagen. In einem weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist zumindest ein Abgaseinlass 3, 4, bzw. das Turbinengehäuse 1 stromab der Abgaseinlässe 3, 4 einen Bypass auf. 2 shows the turbine housing according to the invention 1 and one to the turbine housing 1 arranged exhaust manifold 5 in likewise three-dimensional representation. The exhaust manifold 5 is intended for a 4-cylinder internal combustion engine, wherein the exhaust gas inlets of the exhaust manifold 5 to the cylinders Z1, Z2, Z3, Z4 of the internal combustion engine, not shown. In addition, two cylinders Z1 and Z4 as well as Z2 and Z3 are combined to form a cylinder group, each of which is exhaust-carrying with an exhaust gas inlet 3 . 4 are connected. In other embodiments, it is also possible with the exhaust gases of internal combustion engines with a cylinder number unequal four cylinders to apply a twin-scroll exhaust gas turbocharger according to the invention. In a further, particularly preferred embodiment, at least one exhaust gas inlet 3 . 4 , or the turbine housing 1 downstream of the exhaust inlets 3 . 4 a bypass on.

3 zeigt eine Aufsicht auf Strömungskanäle im Turbinengehäuse 1 des erfindungsgemäßen Twin-scroll-Abgasturboladers. Die Abgase strömen in die Abgaseinlässe 3, 4 bis die Abgaseinlässe 3, 4 an jeweils einem Kanalübergang 6, 7 in Spiralkanäle 8, 9 übergehen und in den Spiralkanälen 8, 9 weiter um eine nicht dargestellte Turbine um diese anzutreiben. Weiter ist an jedem Abgaseinlass 3, 4 ein Bypasskanal 10, 11 erkennbar. Erfindungsgemäß sind die Kanalübergänge 6, 7 in diesem Ausführungsbeispiel um 30° im Turbinengehäuse 1 gegeneinander verdreht angeordnet. Der erfindungsgemäße Effekt stellt sich jedoch auch in einem Bereich zwischen 3° und 60° ein. Durch diese geometrische Ausgestaltung wird die Anströmung der Turbine mit Abgas nochmals wesentlich verbessert und der Wirkungsgrad des Abgasturboladers nochmals erheblich erhöht. 3 shows a view of Strömungska halls in the turbine housing 1 the twin-scroll exhaust gas turbocharger according to the invention. The exhaust gases flow into the exhaust gas inlets 3 . 4 until the exhaust gas inlets 3 . 4 at each one channel transition 6 . 7 in spiral channels 8th . 9 go over and in the spiral channels 8th . 9 continue to drive a turbine, not shown around this. Next is at each exhaust inlet 3 . 4 a bypass channel 10 . 11 recognizable. According to the invention, the channel junctions 6 . 7 in this embodiment by 30 ° in the turbine housing 1 arranged rotated against each other. However, the effect of the invention is also in a range between 3 ° and 60 °. By this geometric design, the flow of the turbine with exhaust gas is again significantly improved and the efficiency of the exhaust gas turbocharger again significantly increased.

Zusammengefasst ergeben sich folgende Vorteile:
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung führt zu einer Kosteneinsparung durch eine kompakte Turbinengehäuseausgestaltung aufgrund einer Materialersparnis, insbesondere im Bereich des Abgaseinlassflansches 2. Weiter führt die erfindungsgemäße Ausgestaltung zu einer Wirkungsgradverbesserung der Turbine des Twin-scroll-Abgasturboladers durch eine sehr kompakt mögliche Ausführung des Bypasses, sowie durch eine ungehinderte Durchströmung des Abgases vom Abgaskrümmer 5 kommend in das Turbinengehäuse 1. Ein erheblicher Vorteil ergibt sich durch eine Kostenersparnis bei einer Span abhebenden Bearbeitung in Bezug auf die Bearbeitung einer konventionellen, schwierig zu bearbeitenden Doppel-D-Kontur. Die Bearbeitung kann in einfacher Weise beispielsweise durch Fräsen, Bohren, Spindeln usw. er folgen. Auch eine spanlose Herstellung, z. B. mit Feingießverfahren ist möglich. Darüber hinaus sparen kreisrunde Konturen an der Schnittstelle zum Abgaskrümmer 5 Kosten bei der Span abhebenden Bearbeitung. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt darin, dass sich kreisrunde Konturen positiv bezüglich Festigkeitsspannungen zwischen dem Abgasturbolader und dem Abgaskrümmer 5 auswirken. Darüber hinaus ermöglichen kreisrunde Konturen eine optimale Gasführung in dem Abgaskrümmer 5 und dem Turbinengehäuse 1, insbesondere bei 4-Zylinder-Brennkraftmaschinen.In summary, the following advantages result:
The embodiment according to the invention leads to a cost saving by a compact turbine housing design due to a saving of material, in particular in the area of the exhaust gas inlet flange 2 , Next, the embodiment of the invention leads to an improvement in the efficiency of the turbine of the twin-scroll exhaust gas turbocharger by a very compact possible execution of the bypass, and by an unobstructed flow of the exhaust gas from the exhaust manifold 5 coming into the turbine housing 1 , A significant advantage results from a cost saving in a machining operation in relation to the machining of a conventional, difficult to machine double-D contour. The processing can be done in a simple manner, for example by milling, drilling, spindles, etc. he. Also a non-cutting production, for. B. with investment casting is possible. In addition, circular contours save at the interface to the exhaust manifold 5 Costs for machining processing. A further advantage of the embodiment according to the invention is that circular contours have a positive effect with respect to strength stresses between the exhaust gas turbocharger and the exhaust manifold 5 impact. In addition, circular contours allow optimal gas routing in the exhaust manifold 5 and the turbine housing 1 , Especially in 4-cylinder internal combustion engines.

11
Turbinengehäuseturbine housing
22
Abgaseinlassflanschexhaust inlet
33
Abgaseinlassexhaust inlet
44
Abgaseinlassexhaust inlet
55
Abgaskrümmerexhaust manifold
66
KanalübergangChannel transition
77
KanalübergangChannel transition
88th
Spiralkanalspiral channel
99
Spiralkanalspiral channel
1010
Bypasskanalbypass channel
1111
Bypasskanalbypass channel
Z1Z1
Zylinder 1cylinder 1
Z2Z2
Zylinder 2cylinder 2
Z3Z3
Zylinder 3cylinder 3
Z4Z4
Zylinder 4cylinder 4

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102006002130 A1 [0002, 0002] - DE 102006002130 A1 [0002, 0002]

Claims (5)

Twin-scroll-Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Zylindern, wobei der Twin-scroll-Abgasturbolader ein Turbinengehäuse (1) mit einem Abgaseinlassflansch (2) mit zwei Abgaseinlässen (3, 4) mit einem Einströmquerschnitt aufweist, wobei jeder Abgaseinlass (3, 4) mit einem Zylinder (Z1, Z2, Z3, Z4) abgasführend verbindbar ist und wobei jeder Abgaseinlass (3, 4) in dem Turbinengehäuse (1) an einem Kanalübergang (6, 7) in einen Spiralkanal (8, 9) übergeht und sich um eine Turbine des Twin-scroll-Abgasturboladers herum erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmquerschnitte weitgehend kreisrund sind.Twin-scroll turbocharger for an internal combustion engine having at least two cylinders, wherein the twin-scroll turbocharger a turbine housing ( 1 ) with an exhaust gas inlet flange ( 2 ) with two exhaust gas inlets ( 3 . 4 ) having an inflow section, each exhaust inlet ( 3 . 4 ) is connectable with a cylinder (Z1, Z2, Z3, Z4) exhaust gas leading and wherein each exhaust inlet ( 3 . 4 ) in the turbine housing ( 1 ) at a channel transition ( 6 . 7 ) into a spiral channel ( 8th . 9 ) and extends around a turbine of the twin-scroll turbocharger, characterized in that the inflow cross sections are substantially circular. Twin-scroll-Abgasturbolader nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaseinlässe (3, 4) in dem Abgaseinlassflansch (2) in Projektion auf die Spiralkanäle in Erstreckungsrichtung der Spiralkanäle weitgehend nebeneinander angeordnet sind.Twin-scroll turbocharger according to claim 1, characterized in that the exhaust gas inlets ( 3 . 4 ) in the exhaust gas inlet flange ( 2 ) are arranged in projection on the spiral channels in the extension direction of the spiral channels largely side by side. Twin-scroll-Abgasturbolader nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Brennkraftmaschine mehr als zwei Zylinder aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwei der Zylinder (Z1, Z2, Z3, Z4) zu einer Zylindergruppe zusammengefasst sind, die abgasführend mit einem Abgaseinlass (3, 4) verbindbar ist.Twin-scroll turbocharger according to claim 1 or 2, wherein the internal combustion engine has more than two cylinders, characterized in that two of the cylinders (Z1, Z2, Z3, Z4) are combined to form a cylinder group, the exhaust gas leading to an exhaust gas inlet ( 3 . 4 ) is connectable. Twin-scroll-Abgasturbolader nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem Abgaseinlass (3, 4) ein Bypass zugeordnet ist.Twin-scroll turbocharger according to one of the claims 1 to 3, characterized in that at least one exhaust gas inlet ( 3 . 4 ) a bypass is assigned. Twin-scroll-Abgasturbolader nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalübergänge (6, 7) zwischen 3° und 60° im Turbinengehäuse (1) gegeneinander verdreht angeordnet sind.Twin-scroll turbocharger according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the channel transitions ( 6 . 7 ) between 3 ° and 60 ° in the turbine housing ( 1 ) are arranged rotated against each other.
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