DE102009010310A1

DE102009010310A1 - Ladeeinrichtung

Info

Publication number: DE102009010310A1
Application number: DE102009010310A
Authority: DE
Inventors: Frank Pflueger
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2010-09-02

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung (1), insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einem Turbinengehäuse und einem Verdichtergehäuse (2). Erfindungswesentlich ist dabei, dass das Verdichtergehäuse (2) zweischalig, das heißt aus einer Innenschale (3) und einer Außenschale (4), aufgebaut ist, wobei zwischen der Innen- und der Außenschale (3, 4) ein definierter Zwischenraum (5) ausgebildet ist, der zumindest bereichsweise von einem Kühlmedium durchströmt ist, so dass das Verdichtergehäuse (2) zugleich als Ladeluftkühler dient.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Gattungsgemäße Ladeeinrichtungen sind hinlänglich bekannt und dienen der Leistungssteigerung von Kolbenmotoren, indem sie einen Luftmengen- und Kraftstoffdurchsatz pro Arbeitstakt erhöhen.
Aus der EP 1 830 071 A1 ist eine gattungsgemäße Ladeeinrichtung mit einem Verdichtergehäuse bekannt, dessen Grundkörper aus Duroplast und einer Außenschale aus Thermoplast gefertigt ist. Hierdurch soll ein besonders widerstandsfähiges Verdichtergehäuse geschaffen werden.
Aus der DE 103 14 209 B3 ist ein weiterer Abgasturbolader mit einem aus Kunststoff ausgebildeten Verdichtergehäuse bekannt. Ein Hohlraum bzw. ein Hohlraumsystem des Verdichtergehäuses ist dabei von einem fließfähigen und sich verfestigenden Verbundstoff, wie beispielsweise einem Klebstoff oder einem thermoplastischen Kunststoff, ausgefüllt und erzeugt dadurch einen festen Verbund.
Schließlich ist aus der DE 100 61 846 A1 ein Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem ein Turbinengehäuse aus zwei beabstandeten Einzelteilen aus Blech aufgebaut ist, von denen eines eine Innenschale und eines eine Außenschale bildet und zwischen denen ein Zwischenraum ausgebil det ist. Mit einem derartigen Turbinengehäuse soll insbesondere die Leistungsfähigkeit des Abgasturboladers bzw. der Ladeeinrichtung gesteigert werden.
Ein großer Nachteil bei Verdichtergehäusen aus Kunststoff ist, dass aufgrund der geringen Leitfähigkeit dieses Materials und der wärmeisolierenden Wirkung eine Verdichteraustrittstemperatur im Vergleich zu Verdichtergehäusen aus Metall erhöht ist. Die daraus resultierenden höheren Temperaturen der Ladeluft bedeuten eine Verringerung des Verdichterwirkungsgrades, welche üblicherweise durch eine höhere Leistung eines zusätzlichen Ladeluftkühlers kompensiert werden muss. Einer entsprechenden Ladeluftkühlung kommt auch bei modernen mehrstufigen Aufladeverfahren eine große Bedeutung zu, so dass die beispielsweise von einer Niederdruckstufe vorverdichtete Ladeluft einer effektiven Zwischenkühlung bedarf, bevor diese im Hochdruckverdichter weiterverdichtet werden kann. Dies verschärft sich noch, wenn eine Niederdruck-Abgasrückführung realisiert werden soll. Fehlt eine derartige Zwischenkühlung, so sind entweder höherwertige Werkstoffe für das Verdichterrad, etc. erforderlich oder aber es müssen Maßnahmen ergriffen werden, um den Hochdruckverdichter ggf. umgehen zu können. Dies führt aber dann dazu, dass das zweistufige Aufladeverfahren in diesen Betriebsbereichen nur im einstufigen Betriebsmodus und zwar nur in der Niederdruckverdichtung arbeiten kann. Übliche Ladeluftkühler sind aus Bauraumgründen bei zweistufigen Aufladeverfahren, insbesondere bei Anwendungen in Personenkraftwagen, oftmals schwer oder gar nicht unterzubekommen und sind darüber hinaus kostenintensiv.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Ladeeinrichtung der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, welche sich insbesondere durch einen erhöhten Wirkungsgrad und eine kompaktere Bauweise auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Verdichtergehäuse einer Ladeeinrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers, derart auszubilden, dass dieses zugleich als Ladeluftkühler verwendet werden kann, so dass ein zusätzlicher Ladeluftkühler vorzugsweise gänzlich entfallen und dadurch einerseits eine besonders kompakte Bauweise und andererseits ein hoher Wirkungsgrad einer derartigen Ladeeinrichtung erzielt werden können. Das Verdichtergehäuse ist zu diesem Zweck zweischalig, das heißt aus einer Innenschale und einer Außenschale aufgebaut, wobei zwischen der Innenschale und der Außenschale ein definierter Zwischenraum ausgebildet ist, der zumindest bereichsweise von einem Kühlmedium durchströmt wird. Ein Vorteil gegenüber Verdichtergehäusen aus Kunststoff oder Metallguss ist dabei sowohl die gesteigerte Wärmeleitung und damit die verbesserte Kühlung, als auch die höhere Wärmestrahlung zwischen der Innenschale und der Außenschale. Durch die Ausbildung des Verdichtergehäuses zugleich als Ladeluftkühler kann eine derartige Ladeeinrichtung auch im Personenkraftwagenbereich eingesetzt werden, in welchem üblicherweise Ladeluftkühler aufgrund von Bauraumproblemen nicht eingesetzt werden können. Zur Erhöhung der Kühlwirkung können dabei insbesondere an der Außenschale zusätzliche Kühlrippen bzw. Kühlkonturen angeordnet sein.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, sind die Innenschale und/oder die Außenschale aus Metall, insbesondere aus Stahlblech, ausgebildet. Derartige Stahlbleche bieten dabei den großen Vorteil, einerseits eine hohe Wärmeübertragung bieten zu können und andererseits im Vergleich zu Gehäuseteilen aus Gusswerkstoffen vergleichsweise leicht zu bauen. Durch eine Ausbildung der Innen- und/oder der Außenschale aus Metall kann darüber hinaus ein Berstverhalten bei einem Versagen des Verdichterrades günstig beeinflusst werden, so dass insbesondere im Vergleich zu aus Kunststoff ausgebildeten Verdichtergehäusen nicht befürchtet werden muss, dass es zu einem Durchschlag von Verdichterradteilen durch das Verdichtergehäuse kommen kann.
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 Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Verdichtergehäuse,
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch in einer anderen Schnittebene.
Entsprechend den 1 und 2, weist eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung 1, insbesondere ein Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, ein Verdichtergehäuse 2 auf. Das Verdichtergehäuse 2 ist dabei erfindungsgemäß zweischalig aufgebaut, nämlich aus einer Innenschale 3 und einer Außenschale 4, wobei zwischen diesen beiden Schalen 3 und 4 ein definierter Zwischenraum 5 ausgebildet ist. Dieser Zwischenraum 5 ist erfindungsgemäß von einem Kühlmedium durchströmt, so dass das Verdichtergehäuse 2 zugleich als Ladeluftkühler verwendet werden kann.
Im Verdichtergehäuse 2 rotiert in bekannter Weise ein Verdichterrad 6, welches einen der Brennkraftmaschine zuzuführenden Ladeluftstrom verdichtet. Um dabei eine höhere Ladeluftmenge pro Brenntakt einbringen zu können, wird die Ladeluft vor dem Zuführen in einen Brennraum nicht nur verdichtet, sondern mittels des erfindungsgemäßen Verdichtergehäuses 2 zusätzlich abgekühlt. Hierzu sind die Innenschale 3 und/oder die Außenschale 4 aus Metall, insbesondere aus Stahlblech, also einem besonders gut wärmeleitenden Werkstoff ausgebildet. Denkbar ist darüber hinaus, dass insbesondere an der Außenschale 4 Kühlkonturen 7, wie beispielsweise Kühlrippen, angeordnet werden können, um den Kühleffekt des Verdichtergehäuses 2 zusätzlich steigern zu können. Gemäß der 1 sind diese Kühlkonturen lediglich an einem kleinen Bereich zeichnerisch dargestellt, wobei es selbstverständlich denkbar ist, dass diese über einen gesamten Außenumfang der Außenschale 4 in die Kühlwirkung besonders günstig unterstützender Weise verteilt angeordnet sind.
Um die Kühlwirkung des erfindungsgemäßen Verdichtergehäuses 2 zusätzlich steigern zu können, können insbesondere die dem Zwischenraum 5 zugewandten Seiten der Innenschale 3 und/oder der Außenschale 4 eine Wärme leitende Beschichtung 11 aufweist. Selbstverständlich kann im Verdichtergehäuse 2 auch eine nicht zeichnerisch dargestellte variable Verdichtergeometrie angeordnet werden. Üblicherweise wird das Verdichtergehäuse 2 auch schallgedämpft ausgeführt, um den immer strenger werdenden Schallemissionsauflagen gerecht werden zu können. Ebenfalls ist denkbar, dass das Verdichtergehäuse 2 Anschlüsse für eine Abgasrückführung aufweist und dadurch eine derartige Abgasrückführung ermöglicht. Zur Abstützung der Innenschale 3 gegenüber der Außenschale 4 kann im Zwischenraum 5 zumindest bereichsweise eine Abstützung 8, insbesondere ein Traggeflecht, vorgesehen sein. Um einen Anschluss des Verdichtergehäuses 2 an einem nicht gezeigten Lager- und Turbinengehäuse zu vereinfachen, kann ein dem Lagergehäuse zugewandter Austrittsflansch sowie optional ein Eintrittsflansch angeordnet sein, wovon zumindest einer als Gussteil ausgebildet ist.
Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Ladeeinrichtung 1 auch als mehrstufiger, insbesondere als zweistufiger, Verdichter mit einer Hochdruckstufe und einer Niederdruckstufe ausgebildet werden, wobei in diesem Fall ein Hochdruckstufenverdichtergehäuse und ein Niederdruckstufenverdichtergehäuse jeweils ebenfalls über einen mehrschaligen, insbesondere zweischaligen, Aufbau verfügen und dadurch jeweils die Funktion eines Ladeluftkühlers zusätzlich übernehmen können.
Durch die zweischalige Bauweise des erfindungsgemäßen Verdichtergehäuses 2 kann mit diesem auch ein verbessertes Berstverhalten erzielt werden, so dass insbesondere, wie beispielsweise im Vergleich zu Kunststoffgehäusen, nicht mehr befürchtet werden muss, dass es zu einem Durchtritt von abfallenden Verdichterradteilen durch das Verdichtergehäuse 2 kommt. Im Vergleich zu aus Guss hergestellten Verdichtergehäusen, weist das erfindungsgemäße Verdichtergehäuse 2 zudem ein deutlich geringeres Gewicht auf, was sich vorteilhaft auf einen Kraftstoffverbrauch auswirkt.
Eine Versorgung des Zwischenraums 5 mit Kühlmedium kann dabei über Zulaufstutzen 9 und Ablaufstutzen 10 in bekannter Weise erfolgen. Hierüber kann der Zwischenraum 5 insbesondere auch an einen Kühlkreislauf des Kraftfahrzeuges angebunden werden.
Schlussendlich kann das Verdichtergehäuse 2 auch mit einem sogenannten Schubumluftventil ausgestattet sein, um im Schubbetrieb des Motors ein Erhöhen des Drucks und damit einen Drehzahlabfall der Ladeeinrichtung zu verhindern. Mittels des Schubumluftventils kann die Ladeeinrichtung 1 auf Drehzahl gehalten und beim erneuten Beschleunigen unmittelbar wieder den vollen Ladedruck zur Verfügung stellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1830071 A1 [0003]
- DE 10314209 B3 [0004]
- DE 10061846 A1 [0005]

Claims

Ladeeinrichtung (1), insbesondere ein Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einem Turbinengehäuse und einem Verdichtergehäuse (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtergehäuse (2) zweischalig, das heißt aus einer Innenschale (3) und einer Außenschale (4) aufgebaut ist, wobei zwischen der Innen- und der Außenschale (3, 4) ein definierter Zwischenraum (5) ausgebildet ist, der zumindest bereichsweise von einem Kühlmedium durchströmt ist, so dass das Verdichtergehäuse (2) zugleich als Ladeluftkühler dient.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschale (3) und/oder die Außenschale (4) aus Metall, insbesondere aus Stahlblech, ausgebildet sind.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Zwischenraum (5) zugewandten Seiten der Innenschale (3) und/oder der Außenschale (4) eine Wärme leitende Beschichtung (11) aufweist.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Verdichtergehäuse (2) eine variable Verdichtergeometrie angeordnet ist.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtergehäuse (2) schallgedämpft ist.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtergehäuse (2) so ausgebildet ist, dass es eine Abgasrückführung ermöglicht.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenschale (3) und der Außenschale (4) zumindest bereichsweise eine Abstützung (8), insbesondere ein Drahtgeflecht, vorgesehen ist.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Verdichtergehäuse (2) ein einem Lagergehäuse zugewandter Austrittsflansch und ein Einrittsflansch angeordnet, wovon zumindest einer als Gussteil ausgebildet ist.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinrichtung (1) als zumindest zweistufiger Verdichter mit einer Hochdruckstufe und einer Niederdruckstufe ausgebildet ist, mit einem Hochdruckstufenverdichtergehäuse und einem Niederdruckstufenverdichtergehäuse, wovon zumindest eines gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an der Außenschale (4) Kühlkonturen (7), insbesondere Kühlrippen, angeordnet sind.