DE102008046351A1

DE102008046351A1 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE102008046351A1
Application number: DE102008046351A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Schlegl; Michal Klusáček
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-03-11

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (1) für ein Kraftfahrzeug mit einer Radialturbine und einem von Abgas durchströmten Turbinengehäuse (2). Erfindungswesentlich ist dabei, dass stromab des Turbinengehäuses (2) ein spiral- oder schraubengangförmiges Abgasaustrittsgehäuse (5) vorgesehen ist, welches den in Axialrichtung aus dem Turbinengehäuse (2) ausströmenden Abgasstrom in eine spiral- oder schraubenförmige Bahn umlenkt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen, mit einem derartigen Abgasturbolader ausgestatteten Verbrennungsmotor.
Aus der DE 101 37 899 C1 ist ein gattungsgemäßer Abgasturbolader bekannt, welcher als Axialturbine ausgebildet ist. Dabei ist gasaustrittsseitig ein durch eine innere und eine äußere Schale begrenzter, umlaufender Kanal vorgesehen, der als in einen ihn umfassenden Sammelraum hineinragenden Diffusor ausgebildet ist. Damit hierbei ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann, ist die äußere Schale des als Diffusor ausgebildeten Kanals zumindest im von einer Abströmleitung abgewandten Umfangsbereich mit einer in den Sammelraum vorspringenden Strömungskulisse versehen. Diese Strömungskulisse fungiert praktisch als Trennwand, welche eine Trennung der Diffusoreinströmung in den Sammelraum von der im Sammelraum sich entwickelten Wirbelströmung und dadurch eine gegenseitige Behinderung der beiden Strömungen ausschließen soll.
Aus der US 2007/0251223 A1 ist ebenfalls ein Abgasturbolader bekannt.
Aufgrund eines in modernen Motorräumen immer enger werdenden Bauraumangebotes ist es erforderlich, einzelne Komponenten, wie beispielsweise Abgasturbolader, an einen entsprechenden Bauraum angepasst auszubilden und dadurch platzsparend zu positionieren. Darüber hinaus sollte ein Strömungsweg zwischen einem Ausgang des Abgasturboladers und einem Eingang eines Katalysators möglichst kurz sein, um eine schnelle Erwärmung und damit eine schnelle Funktionsfähigkeit des Katalysators bewirken zu können.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Abgasturbolader der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, mit welcher insbesondere engere Einbauräume erschlossen werden können.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, an einem Ausgang eines Abgasturboladers, das heißt stromab eines Turbinengehäuses desselben, ein spiral- oder schraubengangförmiges Abgasaustrittsgehäuse vorzusehen, welches den ursprünglich in Axialrichtung aus dem Turbinengehäuse austretenden Abgasstrom in eine spiral- oder schraubengangförmige Bahn umlenkt, so dass unmittelbar an einem Ausgang des Abgasaustrittsgehäuses ein Katalysator angeschlossen werden kann. Das Abgasaustrittsgehäuse kann dabei an die jeweils individuell vorherrschende Einbauraumsituation angepasst werden, wodurch bisher übliche lange Strömungswege zwischen dem Abgasturbolader und dem diesem nachgeschalteten Katalysator reduziert werden können, so dass sich der Katalysator beim Start des Verbrennungsmotors deutlich schneller erwärmt und damit deutlich schneller seine Reinigungswirkung entfalten kann. Mittels des spiral- oder schraubengangförmigen Abgasaustrittsgehäuse, ist es möglich, das Abgas geometrisch flexibel, platzsparend und insbesondere gegendruckreduziert schnell zu einem nachgeschalteten Katalysator zu leiten, wobei insbesondere die an den jeweiligen Einbauraum angepasste Ausbildung des Abgasaustrittsgehäuses von großem Vorteil ist. Da insbesondere die Schraubenganglänge sowie deren Ganghöhe individuell frei wählbar sind, ebenso wie eine Ausrichtung eines Auslasses des Abgasaustrittsgehäuses relativ zur Achse des Abgasturboladers, kann eine räumlich nahe Anordnung des Katalysators bzw. gegebenenfalls eines Vor-Katalysators direkt am Ausgang des Abgasaustrittsgehäuses realisiert werden, wodurch eine besonders kompakte Bauweise sowie eine aufgrund der räumlichen Nähe schnelle Aufheizung des Katalysators erreicht werden können.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist das Abgasaustrittsgehäuse separat zum Turbinengehäuse ausgebildet oder bildet einen Bestandteil des Turbinengehäuses, wobei auch denkbar ist, dass das Abgasaustrittsgehäuse einteilig mit dem Turbinengehäuse ausgebildet ist. Bereits diese Aufzählung lässt erahnen, welche vielfältige Ausbildungsmöglichkeiten des Abgasaustrittsgehäuses vorhanden sind, so dass beispielsweise denkbar ist, dass für eine lediglich eine Baureihe von Kraftfahrzeugen vorgesehener Abgasturbolader ein Turbinengehäuse besitzt, welches zugleich das Abgasaustrittsgehäuse aufweist und an den jeweils zur Verfügung stehenden Bauraum angepasst ist. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass separate Abgasaustrittsgehäuse vorgesehen werden, die an Standardabgasturbolader anbaubar sind, so dass diese Standardabgasturbolader in unterschiedlichste Baureihen von Kraftfahrzeugen eingebaut und mittels des jeweils individuellen Abgasaustrittsgehäuses an die jeweilige Einbausituation angepasst werden können.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist im Bereich des Abgasaustrittsgehäuses zumindest ein Katalysatorelement vorgesehen. Denkbar ist somit, dass beispielsweise zumindest ein Teil eines Katalysators bzw. eines Vor-Katalysators bereits im Bereich des Abgasaustrittsgehäuses angeordnet ist, so dass zumindest eine Vorreinigung des aus dem Abgasaustrittsgehäuses austretenden Abgas noch im Abgasaustrittsgehäuse erfolgt. Hierdurch kann ein besonders kurzer Weg des Abgases zum Katalysatorelement bewirkt werden, wodurch sich insbesondere die dort angeordneten Katalysatorelemente schnell erwärmen und dementsprechend schnell ihre Reinigungswirkung entfalten.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 eine erste mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasaustrittsgehäuses,
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einer weiteren Ausführungsform.
Entsprechend der 1, weist ein als Radialturbine ausgebildeter Abgasturbolader 1 ein Turbinengehäuse 2 sowie ein sich darin drehendes Turbinenrad 3 auf. Eine Drehung des Turbinenrades 3 erfolgt dabei um eine Achse 4 des Abgasturboladers 1. Generell sollen unter dem Begriff Abgasturbolader 1 selbstverständlich auch sämtliche Ladeeinrichtungen subsummiert werden. Das von einem nicht gezeigten Verbrennungsmotor stammende Abgas strömt in Umfangsrichtung in das Turbinengehäuse 2 ein und dann in Radialrichtung durch das Turbinenrad 3, welches sich aufgrund diese Abgasströmung um die Achse 4 dreht. Im Durchströmen des Turbinenrades 3, wird der Abgasstrom in Axialrichtung umgelenkt, so dass dieser das Turbinengehäuse 2 im Wesentlichen in Axialrichtung wieder verlässt. Erfindungsgemäß ist nun stromab des Turbinengehäuses 2 ein spiral- oder schraubengangförmiges Abgasaustrittsgehäuse 5 vorgesehen, welches den in Axialrichtung aus dem Turbinengehäuse 2 ausströmenden Abgasstrom in eine spiral- oder schraubenförmige Bahn umlenkt. Dies bietet den großen Vorteil, dass beispielsweise aufgrund eines nahezu frei wählbaren Winkels α bzw. β (vgl. 2) ein Austritt 6 des Abgasaustrittsgehäuses 5 an eine nahezu frei wählbare Stelle gelegt werden kann. Insbesondere kann hierdurch den immer enger werdenden Bauräumen in modernen Motorräumen Rechnung getragen werden. Vor allem ist es mit dem erfindungsgemäßen Abgasaustrittsgehäuse 5 auch möglich, einen stromab des Abgasturboladers 1 bzw. stromab des Abgasaustrittsgehäuses 5 angeordneten Katalysator direkt anzuschließen, wodurch ein Strömungsweg zwischen dem Abgasturbolader 1 und dem Katalysator verkürzt wird, so dass sich der Katalysator insbesondere während einer Startphase des Verbrennungsmotor schneller erwärmt und dadurch schneller seine reinigende Wirkung entfalten kann.
Der Winkel α beschreibt dabei eine Winkelstellung des Auslasses 6 relativ zu einem Einlass 7 des Abgasaustrittsgehäuses 5, während der Winkel β eine Abweichung des Auslasses 6 des Abgasaustrittsgehäuses 5 von einer Orthogonalen bezüglich der Achse 4 beschreibt. Der Einlass 7 ist dabei mit einem Auslass des Turbinengehäuses 2 verbunden.
Generell kann dabei das Abgasaustrittsgehäuse 5 separat zum Turbinengehäuse 2 ausgebildet sein oder aber einen Bestandteil des Turbinengehäuses 2 bilden, insbesondere einteilig mit diesem ausgebildet werden. Bei einer insbesondere einteiligen Ausbildung kann vorgesehen sein, das gesamte Gehäuse, das heißt sowohl das Abgasaustrittsgehäuse 5 als auch das Turbinengehäuse 2 zusammen als Gussformteil auszubilden. Der Abgasturbolader 1 ist durch das erfindungsgemäße Abgasaustrittsgehäuse 5 in der Lage, sowohl eine horizontale als auch eine nicht horizontale Einbaulage einzunehmen, wobei das Abgas stets strömungsoptimiert, abgasgegendruckoptimiert und insbesondere platzsparend direkt in die Abgasanlage bzw. einen nachgeschalteten Katalysator eingeblasen werden kann, da die geometrische Ausbildung des Abgasaustrittsgehäuses 5 bezüglich dessen Auslass 6 in Achs- und Umfangsrichtung flexibel durch die Auswahl der Winkel α und β dem vorhandenen Bauraum angepasst werden kann.
Zur genauen Einstellung der Abgasströmung vor dem Auslass 6, können optional Strömungsleitelemente 8, wie beispielsweise Statorschaufeln, eingesetzt werden. Um darüber hinaus eine Katalysatorwirkung insbesondere während einer Startphase des Verbrennungsmotors schnell auf ein hohes Niveau anheben zu können, kann vorgesehen sein, bereits im Bereich des Abgasaustrittsgehäuses 5 zumindest ein Katalysatorelement 9 vorzusehen, wobei das Katalysatorelement 9 beispielsweise keramisches oder metallisches Material aufweist oder aber als katalytische Beschichtung ausgebildet ist. Hierfür steht insbesondere ein Bereich d (vgl. 1) im Bereich des Auslasses 6 des Abgasaustrittsgehäuses 5 zur Verfügung.
Mit dem erfindungsgemäßen Abgasaustrittsgehäuses 5 ist es möglich, das den Abgasturbolader 1 verlassende Abgas direkt, das heißt ohne Umwege, einem nachgeschalteten Katalysator zuführen zu können, wodurch sich dieser schneller erwärmt und dadurch seine Reinigungswirkung schneller entfalten kann. Darüber hinaus ist es mit einem derartigen, individuell an ein jeweiliges Bauraumangebot anpassbaren Abgasaustrittsgehäuse 5 möglich, einem immer enger werdenden Bauraumangebot in modernen Motorräumen Rechnung zu tragen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10137899 C1 [0002]
- US 2007/0251223 A1 [0003]

Claims

Abgasturbolader (1) für ein Kraftfahrzeug mit einer Radialturbine und einem von Abgas durchströmten Turbinengehäuse (2), dadurch gekennzeichnet, dass stromab des Turbinengehäuses (2) ein spiral- oder schraubengangförmiges Abgasaustrittsgehäuse (5) vorgesehen ist, welches den in Axialrichtung aus dem Turbinengehäuse (2) ausströmenden Abgasstrom in eine spiral- oder schraubenförmige Bahn umlenkt.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasaustrittsgehäuse (5) separat zum Turbinengehäuse (2) ausgebildet ist oder einen Bestandteil des Turbinengehäuses (2) bildet, insbesondere einteilig mit diesem ausgebildet ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Abgasaustrittsgehäuses (5) wenigstens ein Strömungsleitelement (8), insbesondere zumindest eine Statorschaufel, angeordnet ist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasaustrittsgehäuse (5) und/oder das Turbinengehäuse (2) aus Metall, insbesondere aus Gussmetall, ausgebildet sind.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auslass (6) des Abgasaustrittsgehäuses (5) im Wesentlichen orthogonal zur Achse (4) des Abgasturboladers (1) verläuft.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Abgasaustrittsgehäuses (5) zumindest ein Katalysatorelement (9) vorgesehen ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatorelement (9) keramisches oder metallisches Material aufweist oder als katalytische Beschichtung ausgebildet ist.
Verbrennungsmotor mit einem Abgasturbolader (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.