DE102008058156A1 - Housing for exhaust gas turbocharger of internal-combustion engine of motor vehicle, has insert arranged in lining and comprising flow-guiding internal contour, where lining and insert are arranged in turbine section - Google Patents

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Abstract

The housing (2) has a lining (12) made of steel sheet and an insert (13) arranged in the lining. The insert is made of ceramics, and comprises a flow-guiding internal contour (14), where the lining and the insert are arranged in a turbine section (3). A bearing material (17) is arranged between the lining and the insert, and holds the insert in a position in the lining. The bearing material is formed by a bearing mat that encases the insert. The bearing material is designed as thermally insulated, and a turbine (6) is arranged in the turbine section.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem einen mit einem derartigen Gehäuse ausgestatteten Abgasturbolader.The The present invention relates to a housing for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, in particular a Motor vehicle. The invention also relates to a equipped exhaust gas turbocharger equipped with such a housing.

Aus der EP 1 287 235 B1 ist ein Abgasturbolader mit einem Gehäuse bekannt, das einen einer Turbine des Abgasturboladers zugeordneten Gehäuseabschnitt aufweist, wobei dieser Gehäuseabschnitt zumindest im Bereich einer Spirale aus einem strömungsführenden Blechkörper gebildet ist. Der Blechkörper ist außerdem an seiner Außenseite mit einer thermischen Isolierung versehen.From the EP 1 287 235 B1 an exhaust gas turbocharger with a housing is known, which has a turbine of the exhaust gas turbocharger associated housing portion, said housing portion is formed at least in the region of a spiral of a flow-carrying sheet metal body. The sheet metal body is also provided on its outside with a thermal insulation.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Gehäuse der eingangs genannten Art beziehungsweise für einen Abgasturbolader eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sie vergleichsweise preiswert herstellbar ist und relativ hohe Betriebstemperaturen ermöglicht.The The present invention addresses the problem of for a housing of the type mentioned or for an exhaust gas turbocharger an improved embodiment particular distinguished by the fact that they are comparatively is inexpensive to produce and relatively high operating temperatures allows.

Dieses Problem wir erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This Problem according to the invention by the objects of the independent claims. advantageous Embodiments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Keramikeinsatz mit einer strömungsführenden Innenkontur zu verwenden, der in einer tragenden Schale aus Stahlblech angeordnet ist. Auf diese Weise kann zumindest ein Abschnitt des Gehäuses des Turboladers durch den vorgeschlagenen Stahl-Keramik-Werkstoffverbund realisiert werden. Die als Stützgerüst oder Kapselung dienende Stahlblechschale ist vergleichsweise preiswert herstellbar. Ebenso las sen sich Keramikeinsätze vergleichsweise preiswert herstellen. Keramische Materialien zeichnen sich durch extrem hohe Temperaturbeständigkeit aus. Des Weiteren kann die strömungsführende Innenkontur des Keramikeinsatzes extrem glatt und somit reibungsarm ausgeführt werden. Ferner führt die glatte Oberfläche der keramischen Innenkontur dazu, dass die Gefahr einer unerwünschten Partikelanhaftung und Anlagerung reduziert werden kann. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass der hier gewählte Werkstoffverbund zu einer verbesserten Akustik des Abgasturboladers führt.The The invention is based on the general idea of a ceramic insert to use with a flow-guiding inner contour, which is arranged in a supporting shell made of sheet steel. On this way, at least a portion of the housing of the Turbocharger through the proposed steel-ceramic composite material will be realized. The as a scaffold or encapsulation Serving steel sheet is comparatively inexpensive to produce. Likewise, ceramic inserts are comparatively inexpensive produce. Ceramic materials are characterized by extremely high Temperature resistance. Furthermore, the flow-leading Inner contour of the ceramic insert extremely smooth and thus low-friction be executed. Furthermore, the smooth surface leads the ceramic inner contour that the risk of undesirable Particle adhesion and attachment can be reduced. Furthermore has shown that the material composite chosen here leads to improved acoustics of the exhaust gas turbocharger.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher zwischen der Schale und dem Einsatz ein Lagermaterial angeordnet ist, das den Einsatz in der Schale in Position hält. Zum einen kann durch das Lagermaterial eine direkte Kontaktierung zwischen Keramikeinsatz und Stahlblechschale vermieden werden. Dies reduziert die Gefahr einer Beschädigung des Keramikeinsatzes. Zum anderen dämpft das Lagermaterial Schwingungen, was Vibrationen und Geräuschbildung reduziert. Des Weiteren nimmt das Lagermaterial Maßänderungen auf, die aufgrund unterschiedlicher thermischer Wärmedehnungskoeffizenten von Keramik und Stahl auftreten.Especially advantageous is an embodiment in which between the shell and the insert a bearing material is arranged, the holding the insert in place in the shell. For one thing, through the bearing material a direct contact between ceramic insert and sheet steel shell are avoided. This reduces the danger Damage to the ceramic insert. On the other hand dampens the bearing material vibrations, causing vibration and noise reduced. Furthermore, the stock material changes dimensions due to different thermal expansion coefficients of ceramics and steel occur.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Further important features and advantages of the invention will become apparent from the Subclaims, from the drawing and from the associated Description of the figures with reference to the drawing.

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.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in each case specified combination, but also in other combinations or can be used in isolation, without the scope of the present To leave invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.preferred Embodiments of the invention are in the drawing and will become more apparent in the following description explained.

Die einzige 1 zeigt einen stark vereinfachten Längsschnitt durch einen Abgasturbolader.The only 1 shows a highly simplified longitudinal section through an exhaust gas turbocharger.

Entsprechend 1 umfasst ein vereinfacht dargestellter Abgasturbolader 1 ein Gehäuse 2, das im gezeigten Beispiel mehrere Abschnitte, nämlich zumindest einen Turbinenabschnitt 3, einen Lagerabschnitt 4 und einen Verdichterabschnitt 5 aufweist. Der Turbinenabschnitt 3 nimmt ein Turbinenrad 6 auf und umfasst einen spiralförmigen Zuströmraum 7. Der Lagerabschnitt 4 weist üblicherweise eine hier nicht dargestellte Lagerung für einen Rotor 8 des Turboladers 1 auf, insbesondere Radiallager und Axiallager. Der Verdichterabschnitt 5 nimmt ein Verdichterrad 9 auf und weist einen spiralförmigen Abströmraum 10 auf. Der Rotor 8 umfasst eine Rotorwelle 11 und die beiden Räder 6, 9 die drehfest mit der Welle 11 verbunden sind. Der Turbolader 1 kommt bei einer Brennkraftmaschine zum Einsatz, um deren Frischluft auf ein erhöhtes Druckniveau aufzuladen. Derartige aufgeladene Brennkraftmaschinen, kommen bevorzugt bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz.Corresponding 1 includes a simplified exhaust gas turbocharger 1 a housing 2 in the example shown, several sections, namely at least one turbine section 3 , a storage section 4 and a compressor section 5 having. The turbine section 3 takes a turbine wheel 6 and includes a spiral inflow space 7 , The storage section 4 usually has a storage, not shown here for a rotor 8th of the turbocharger 1 on, in particular radial bearings and thrust bearings. The compressor section 5 takes a compressor wheel 9 on and has a spiral discharge space 10 on. The rotor 8th includes a rotor shaft 11 and the two wheels 6 . 9 the rotation with the shaft 11 are connected. The turbocharger 1 is used in an internal combustion engine to charge their fresh air to an elevated pressure level. Such supercharged internal combustion engines are preferably used in motor vehicles.

Beim hier vorgestellten Turbolader 1 beziehungsweise beim zugehörigen Gehäuse 2 ist zu mindest einer der Abschnitte 3, 4, 5 als Werkstoffverbund gestaltet. Bevorzugt ist gemäß dem gezeigten Beispiel der Turbinenabschnitt 3 als Werkstoffverbund ausgeführt. Dementsprechend umfasst besagter Turbinengehäuseabschnitt 3 eine Schale 12 und einen in der Schale 12 angeordneten Einsatz 13. Während die Schale 12 aus einen Stahlblech hergestellt ist, handelt es sich beim Einsatz 13 um einen Keramikeinsatz 13. Der aus Keramik hergestellte Einsatz 13 weist eine strömungsführende Innenkontur 14 auf. Diese begrenzt insbesondere den Zuströmraum 7 und einen Turbinenradraum 15, in dem das Turbinenrad 6 angeordnet ist, sowie zumindest teilweise einen Abströmraum 16, der stromab des Turbinenrads 6 angeordnet ist. Die strömungsführende Innenkontur 14 ist beispielsweise besonders glatt ausgestaltet, um einen möglichst geringen Strömungswiderstand zu besitzen. Ferner kann die glatte Innenkontur 14 die Anhaftung von Verunreinigungen reduzieren. Beispielsweise kann im Abgas mittransportierter Ruß weniger an der Innenkontur 14 anhaften. Der Keramikeinsatz 13 ist thermisch sehr hoch belastbar, so dass grundsätzlich höhere Abgastemperaturen zulässig sind. In der Folge kann die Turbine 6 beziehungsweise der Abgasturbolader 1 mit erhöhtem Wirkungsgrad betrieben werden.In the turbocharger presented here 1 or the associated housing 2 is at least one of the sections 3 . 4 . 5 designed as a composite material. According to the example shown, the turbine section is preferred 3 designed as a composite material. Accordingly, said turbine housing section 3 a bowl 12 and one in the shell 12 arranged insert 13 , While the shell 12 made of a steel sheet, it is the use 13 a ceramic insert 13 , The insert made of ceramic 13 has a flow-guiding inner contour 14 on. This limits in particular the inflow space 7 and a turbine wheelspace 15 in which the turbine wheel 6 is arranged, and at least partially one outflow 16 , which is downstream of the turbine wheel 6 is arranged. The flow-guiding inner contour 14 For example, it is particularly smooth designed to have the lowest possible flow resistance. Furthermore, the smooth inner contour 14 reduce the adhesion of impurities. For example, in the exhaust gas transported with soot less on the inner contour 14 adhere. The ceramic insert 13 is very high thermal load, so that generally higher exhaust gas temperatures are allowed. As a result, the turbine can 6 or the exhaust gas turbocharger 1 be operated with increased efficiency.

Bei der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Schale 12 und dem Einsatz 13 ein Lagermaterial 17 angeordnet. Dieses umhüllt den Einsatz 13 und positioniert ihn in der Schale 12. Dabei handelt es sich beim Lagermaterial 17 bevorzugt um eine Lagermatte, die so zugeschnitten ist, dass sie den Einsatz 13 im Wesentlichen vollständig umhüllt. Jedenfalls ist eine Ausführungsform bevorzugt, die einen direkten Kontakt zwischen dem Keramikeinsatz 13 und der Schale 12 vermeidet. Das Lagermaterial 17 ist bevorzugt thermisch isolierend ausgestaltet, wodurch die thermische Belastung der Schale 12 erheblich reduziert werden kann. Besonders vorteilhaft ist es, die Schale 12 und den Einsatz 13 hinsichtlich ihrer Dimensionierung so aufeinander abzustimmen, dass das dazwischen angeordnete Lagermaterial 17 im eingebautem Zustand vorgespannt beziehungsweise verpresst ist. Hierdurch kann zum einen eine vorbestimmte Lagefixierung für den Einsatz 13 relativ zur Schale 12 realisiert werden. Zum anderen können dadurch dynamische Relativbewegungen zwischen Einsatz 13 und Schale 12 vermieden bzw. bedampft werden. Das Lagermaterial 17 ist zweckmäßig auch so ausgestaltet, dass es Vibrationen dämpft, was für die mechanische Belastung des Turboladers 1 sowie für die Akustik des Turboladers 1 vorteilhaft ist. Das Lagermaterial 17 kann ein Drahtgestrick oder ein Drahtgewirk sein. Ebenso kann es sich um ein Fasermaterial handeln. Auch sind Quellmaterialien oder Blähmaterialien denkbar. Beispielsweise kann für die Lagerung des Einsatzes 13 in der Schale 12 ein Lagermaterial 17 verwendet werden, das beispielsweise bei einer Abgasanlage zum Lagern eines Keramikmonolithen in einem Metallgehäuse verwendet wird. Beispielsweise werden bei Partikelfiltern oder bei Katalysatoren die keramischen Monolithkörper mit einer Lagermatte umhüllt und im zugehörigen Metallgehäuse verpresst.In the preferred embodiment shown here is between the shell 12 and the mission 13 a bearing material 17 arranged. This envelops the insert 13 and position it in the shell 12 , These are the bearing material 17 preferably a storage mat that is tailored to suit the use 13 essentially completely wrapped. Anyway, an embodiment is preferred which provides a direct contact between the ceramic insert 13 and the shell 12 avoids. The bearing material 17 is preferably configured thermally insulating, whereby the thermal load of the shell 12 can be significantly reduced. It is particularly advantageous to the shell 12 and the use 13 in terms of their dimensions to match each other so that the interposed bearing material 17 is preloaded or pressed in the installed state. In this way, on the one hand, a predetermined positional fixation for use 13 relative to the shell 12 will be realized. On the other hand, this allows dynamic relative movements between use 13 and shell 12 be avoided or steamed. The bearing material 17 is suitably also designed so that it dampens vibrations, which is responsible for the mechanical load of the turbocharger 1 as well as the acoustics of the turbocharger 1 is advantageous. The bearing material 17 may be a wire mesh or a wire mesh. Likewise, it may be a fiber material. Also, source materials or blown materials are conceivable. For example, for the storage of the insert 13 in the bowl 12 a bearing material 17 used, for example, in an exhaust system for storing a ceramic monolith in a metal housing. For example, in particulate filters or catalysts, the ceramic monolith bodies are wrapped with a bearing mat and pressed in the associated metal housing.

Die Schale 12 ist zweckmäßig mehrteilig ausgestaltet. Insbesondere können zwei Halbschalen vorgesehen sein, die bei geöffnetem Zustand das Einsetzen des Einsatzes 13 ermöglichen. Der Einsatz 13 selbst kann ebenfalls mehrteilig ausgestaltet sein, beispielsweise um komplexe Geometrien zu realisieren.The shell 12 is suitably designed in several parts. In particular, two half-shells may be provided, which in the open state, the insertion of the insert 13 enable. The use 13 itself can also be designed in several parts, for example, to realize complex geometries.

Entsprechend dem hier gezeigten bevorzugten Beispiel sind Anschlusselemente, mit deren Hilfe im Beispiel der Turbinengehäuseabschnitt 3 mit dem Lagergehäuseabschnitt 4 verbunden ist, beim Verbund-Gehäuse 3 an der Schale 12 ausgebildet. Im gezeigten Beispiel weist die Schale 12 hierzu einen Flansch 18 als Anschlusselement auf, der komplementär zu einem Flansch 19 des Lagergehäuseabschnitts 4 ausgestaltet ist. Die beiden Flansche 18, 19 sind im Beispiel mit Hilfe einer Schelle 20 aneinander befestigt, bei der es sich insbesondere um eine V-Bandschelle handeln kann. Des Weiteren kann die Schale 12 hier nicht gezeigte weitere Anschlusselemente aufweisen, mit denen das Verbundgehäuse 3 zum Beispiel an eine hier nicht gezeigte Abgasanlage der Brennkraftmaschine angeschlossen werden kann. Ebenso können an der Schale 12 Anschlusselemente angebracht sein, die es ermöglichen, den Abgasturbolader 1 an einem Träger des Fahrzeugs beziehungsweise der Brennkraftmaschine zu befestigen.According to the preferred example shown here are connecting elements, with the help of which in the example of the turbine housing section 3 with the bearing housing section 4 connected to the composite housing 3 on the shell 12 educated. In the example shown, the shell 12 this a flange 18 as a connection element, which is complementary to a flange 19 of the bearing housing section 4 is designed. The two flanges 18 . 19 are in the example with the help of a clamp 20 attached to each other, which may be in particular a V band clamp. Furthermore, the shell 12 not shown here further connection elements, with which the composite housing 3 For example, it can be connected to an exhaust system of the internal combustion engine, not shown here. Likewise, on the shell 12 Attachment elements that allow the exhaust gas turbocharger 1 to attach to a support of the vehicle or the internal combustion engine.

Obwohl beim hier gezeigten Beispiel, nur der Turbinengehäuseabschnitt 3 mit dem hier vorgestellten Werkstoffverbund aus Schale 12 und Einsatz 13 realisiert ist, kann bei anderen Ausführungsformen zusätzlich oder alternativ der Verdichtergehäuseabschnitt 5 beziehungsweise der Lagergehäuseabschnitt 4 mit diesem Werkstoffverbund realisiert sein.Although in the example shown here, only the turbine housing section 3 with the material composite of shell presented here 12 and use 13 is realized, in other embodiments, additionally or alternatively, the compressor housing section 5 or the bearing housing section 4 be realized with this composite material.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - EP 1287235 B [0002] EP 1287235 B [0002]

Claims (12)

Gehäuse für einen Abgasturbolader (1) einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) zumindest in einem Abschnitt (3) eine Schale (12) aus Stahlblech und einen darin angeordneten Einsatz (13) aus Keramik aufweist, der eine strömungsführende Innenkontur (14) aufweist.Housing for an exhaust gas turbocharger ( 1 ) of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, characterized in that the housing ( 2 ) at least in one section ( 3 ) a bowl ( 12 ) made of sheet steel and an insert ( 13 ) made of ceramic, which has a flow-guiding inner contour ( 14 ) having. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schale (12) und dem Einsatz (13) ein Lagermaterial (17) angeordnet ist, das den Einsatz (13) in der Schale (12) in Position hält.Housing according to claim 1, characterized in that between the shell ( 12 ) and the mission ( 13 ) a bearing material ( 17 ) which is the insert ( 13 ) in the bowl ( 12 ) holds in position. Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagermaterial (17) durch eine Lagermatte gebildet ist, die den Einsatz (13) umhüllt.Housing according to claim 2, characterized in that the bearing material ( 17 ) is formed by a bearing mat which is the insert ( 13 ) wrapped. Gehäuse nach Anspruch 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagermaterial (17) thermisch isolierend ausgestaltet ist.Housing according to claim 2 to 3, characterized in that the bearing material ( 17 ) is configured thermally insulating. Gehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagermaterial (17) zwischen Schale (12) und Einsatz (13) vorgespannt und/oder verpresst ist.Housing according to one of claims 2 to 4, characterized in that the bearing material ( 17 ) between shell ( 12 ) and use ( 13 ) is biased and / or compressed. Gehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagermaterial (17) zumindest aus einem Mitglied der folgenden Gruppe oder aus einer beliebigen Kombination daraus besteht: Drahtgestrick, Drahtgewirk, Fasermaterial, Quellmaterial, Blähmaterial.Housing according to one of claims 2 to 5, characterized in that the bearing material ( 17 ) consists of at least one member of the following group or of any combination thereof: knitted wire, knitted fabric, fibrous material, swelling material, intumescent material. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale (12) mehrteilig ausgestaltet ist.Housing according to one of claims 1 to 6, characterized in that the shell ( 12 ) is designed in several parts. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (13) mehrteilig ausgestaltet ist.Housing according to one of claims 1 to 7, characterized in that the insert ( 13 ) is designed in several parts. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine die Schale (12) und den Einsatz (13) aufweisende Abschnitt (3) einen Turbinengehäuseabschnitt (3) umfasst, in dem ein Turbinenrad (6) angeordnet ist.Housing according to one of claims 1 to 8, characterized in that the at least one shell ( 12 ) and the use ( 13 ) ( 3 ) a turbine housing section ( 3 ), in which a turbine wheel ( 6 ) is arranged. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine die Schale (12) und den Einsatz (13) aufweisende Abschnitt (3) einen Verdichtergehäuseabschnitt (5) umfasst, in dem ein Verdichterrad (9) angeordnet ist.Housing according to one of claims 1 to 9, characterized in that the at least one the shell ( 12 ) and the use ( 13 ) ( 3 ) a compressor housing section ( 5 ), in which a compressor wheel ( 9 ) is arranged. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlusselemente (18) zum Verbinden des wenigsten einen die Schale (12) und den Einsatz (13) aufweisenden Abschnitts (3) mit einem anderen Abschnitt (4) des Gehäuses (2) oder mit einer Frischluftleitung oder mit einer Abgasleitung oder mit einem Träger an der Schale (12) ausgebildet sind.Housing according to one of claims 1 to 10, characterized in that connection elements ( 18 ) for connecting the at least one the shell ( 12 ) and the use ( 13 ) ( 3 ) with another section ( 4 ) of the housing ( 2 ) or with a fresh air line or with an exhaust pipe or with a carrier on the shell ( 12 ) are formed. Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, having a housing ( 2 ) according to one of claims 1 to 11.
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