DE102009020591A1

DE102009020591A1 - Ladeeinrichtung, insbesondere Abgasturbolader eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102009020591A1
Application number: DE102009020591A
Authority: DE
Inventors: Anatolij Martens; Andreas Strempel; Tobias Dettmann; Florian Rentz
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2009-05-09
Filing date: 2009-05-09
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2029-05-10
Also published as: DE102009020591B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einer variablen Turbinen-/Verdichtergoemetrie, wobei in einem eine Turbinen-/Verdichterrad ringförmig umgebenden Zuströmzone für Gase mehrere Leitschaufeln (1) angeordnet sind. Damit ohne einen Anschlag zur Begrenzung des minimalen Einstellwinkels der Leitschaufeln (1) dennoch eine Mindestdurchströmung der Leitschaufeln (1) sichergestellt ist, werden die Leitschaufeln (1) mit Aussparungen (2, 2') an einem Leitschaufelende (3, 4) und/oder zwischen den Leitschaufelenden (3, 4) ausgestattet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einer variablen Turbinengeometrie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2004 058 719 A1 ist ein Abgasturbolader mit einer variablen Turbinengeometrie für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, bekannt. Dabei weist die variable Turbinengeometrie mehrere an einem Leitschaufelträger schwenkbar angeordnete Leitschaufeln, denen jeweils ein Verstellhebel zugeordnet ist, und einen Verstellring, der mit den Verstellhebeln zusammenwirkt und durch Drehung relativ zu dem Leitschaufelträger eine Winkelstellung der Leitschaufeln relativ zu einer Strömungsrichtung kollektiv für alle Leitschaufeln verstellt, auf. In einer minimal geöffneten Position bilden die Leitschaufeln einen das Turbinenrad umschließenden, weitgehend geschlossenen Ring. Durch das vollständige Schließen der Leitschaufeln wird dabei durch einen Anschlag verhindert, der einen minimalen Einstellwinkel der Leitschaufeln begrenzt, so dass zwischen den benachbarten Leitschaufeln ein minimaler Strömungskanal geöffnet bleibt.
Da die Position der einzelnen Leitschaufeln aufgrund von Toleranzen variieren kann, ist es möglich, dass bei gleicher Anordnung des Anschlages ein Gesamtströmungsquerschnitt der zwischen den Leitschaufeln angeordneten Strömungskanäle in der minimal geöffneten Position von einem geforderten minimalen Gesamtströmungsquerschnitt abweicht. Deshalb wird üblicherweise, um diesen Nachteil zumindest teilweise zu kompensieren, der Anschlag bei jedem Abgasturbolader separat ausgerichtet und damit der minimale Gesamtströmungsquerschnitt eingestellt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte Positionierung der Leitschaufeln in der minimal geöffneten Position auszeichnet.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, mehrere Leitschaufeln so mit zumindest einer Aussparung auszustatten, dass die Leitschaufeln in der minimal geöffneten Position aneinander anliegen, wobei aufgrund der Aussparungen der minimale Gesamtströmungsquerschnitt sichergestellt ist, so dass eine Mindestdurchströmung der Leitschaufeln sichergestellt ist. Durch diese Konstruktionsweise wird der Anschlag, der den minimalen Einstellwinkel der Leitschaufeln begrenzt, nicht mehr benötigt. Besonders vorteilhaft daran ist, dass eine aufwendige Positionierung des Anschlages in einem Prüfstand zur Einstellung des minimalen Gesamtströmungsquerschnittes nicht mehr notwendig ist. Des Weiteren sind die Kosten durch insgesamt weniger Bauteile, durch eine weniger aufwendige Teilesteuerung und durch ein mögliches, universelles Lagergehäuse wesentlich reduziert. Weiterhin kann auch das Gewicht am Lagergehäuse dadurch reduziert werden. Da die Aussparungen an den Leitschaufeln in der minimal geöffneten Position die Strömungskanäle ausbilden, kann die Düsenform dieser Strömungskanäle mit extrem hoher Genauigkeit gefertigt werden. Dadurch ist eine reproduzierbar bessere Performance in einem Niederlastbereich der Brennkraftmaschine aufgrund des sehr homogenen Verhaltens der Strömung bzgl. der minimal geöffneten Position der Leitschaufeln ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen mehrere Leitschaufeln zumindest eine Aussparung zwischen den Leitschaufelenden quer zur Längsrichtung der Leitschaufel auf. Dadurch wird die Leitschaufel in zumindest zwei Teile geteilt, wobei die Teile einer Leitschaufel an einem Sockel befestigt sind. Besonders vor teilhaft an dieser Ausführungsform ist, dass sich in der minimal geöffneten Position die Leitschaufelenden so berühren, dass der Strömungskanal zwischen den benachbarten Leitschaufeln dicht verschlossen ist. Somit verbleibt in der minimal geöffneten Position der Leitschaufeln nur die quer zu der Längsrichtung der Leitschaufel verlaufende Aussparung als Zuströmkanal. Diese Aussparung lässt sich jedoch mit hoher Genauigkeit und vergleichsweise geringem Aufwand an den Schaufeln ausbilden und bezüglich des Strömungsverhaltens und eines Düseneffekts der Aussparung optimieren.
In einer weiteren Ausführungsform ist zumindest ein Leitschaufelende mit zumindest einer Aussparung und zumindest einem Steg versehen. Aufgrund des zumindest einen Steges, der die benachbarte Leitschaufel in der minimal geöffneten Position berührt, bildet die zumindest eine Aussparung am Leitschaufelende einen Zuströmkanal aus, der in der minimal geöffneten Position der Leitschaufeln eine Mindestdurchströmung der Leitschaufeln sicherstellt und strömungstechnisch für den Niederlastbereich optimiert ist.
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.
Es zeigen, jeweils schematisch
1 eine Aufsicht auf eine Leitschaufel mit einer Aussparung zwischen zwei Leitschaufelenden quer zu einer Längsrichtung der Leitschaufel,
2 eine Schrägansicht der Leitschaufel gemäß 2,
3 eine Aufsicht auf die Unterseite einer Leitschaufel mit Aussparungen an den Leitschaufelenden,
4 eine Aufsicht auf die Oberseite einer Leitschaufel gemäß 3.
Gemäß 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Leitschaufel 1 mit einer Aussparung 2 zwischen einem Kopfende 3 und einem Fußende 4 der Leitschaufel 1 quer zu einer Längsrichtung der Leitschaufel 1 verlaufend ausgestattet. Dadurch wird die Leitschaufel 1 in ein Kopfteil 5 und ein Fußteil 6 der Leitschaufel geteilt. Beide Teile 5, 6 sind mit einem Sockel 7 der Leitschaufel 1 fest verbunden bzw. integral, einstückig mit diesem ausgeformt. Wie aus 2 ersichtlich, ist dabei der Sockel 7 an dem Leitschaufellagerzapfen 8 befestigt.
Eine weitere nicht dargestellte Ausführungsform einer durch zumindest eine Aussparung 2 in zumindest zwei Teile 5, 6 geteilte Leitschaufel 1 weist eine Aussparung 2 von einem Leitschaufelende 3, 4 zum anderen Leitschaufelende 4, 3 in Längsrichtung der Leitschaufel 1 auf. Der durch eine solche Aussparung 2 längs der Leitschaufel 1 ausgeformte Zuströmkanal kann bezüglich einer minimal ge öffneten Position der Leitschaufeln 1 ebenso wie eine Aussparung 2 gemäß 1, insbesondere für den Niederlastbereich, strömungsoptimiert sein.
Solche Aussparungen 2, gemäß 1 und 2 können z. B. ebenfalls als zumindest eine Bohrungen oder als zumindest ein Durchbruch ausgeformt sein. Die Aussparungen 2 sowie Aussparungen 2, 2' an den Leitschaufelenden 3, 4 stellen eine Mindestdurchströmung der Leitschaufeln auch in der minimal geöffneten Position sicher. Da in der minimal geöffneten Position wenigstens 95% des Gases durch die Aussparungen 2, 2' strömen, kann aufgrund der mit extrem hoher Genauigkeit gefertigten Form der Aussparungen 2, 2' ein Strömungskanal, der die Mindestdurchströmung sichert, bzgl. des Strömungsverhaltens schon während einer Fertigung optimiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform soll dabei in einer Mittelstellung der Leitschaufeln 1 zwischen 30 und 50% des Gases durch die Aussparungen 2, 2' strömen. In der maximal geöffneten Position der Leitschaufeln 1 sollen nur noch höchstens 5% des Gases durch die Aussparungen 2, 2' strömen.
Wie in 3 und 4 gezeigt, weist eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Leitschaufel 1 mit Aussparungen 2, 2' eine Aussparung 2 am Kopfende 3 und eine Aussparung 2' am Fußende 4 auf. Dabei wird die Aussparung 2 durch zwei Stege 9, 9' der Leitschaufel 1 am Kopfende 3 begrenzt und die Aussparung 2' ebenfalls durch zwei Stege 10, 10' am Fußende 4. Bevorzugt ist die Aussparung 2 am Kopfende 3 zu dem Fußende 4 der benachbarten Leitschaufel 1 in der minimal geöffneten Position orientiert. Ebenso ist die Aussparung 2' am Fußende 4 zum Kopfende 3 der benachbarten Leitschaufel 1 orientiert. In der minimal geöffneten Position berühren sich die Stege 9 und 10 bzw. 9' und 10' benachbarter Leitschaufeln 1, so dass durch die Stege 9, 9', 10, 10' und die Leitschaufeln 1 ein Strömungskanal begrenzt wird. Dabei ist in dieser bevorzugten Ausführungsform nicht zwingend sowohl eine Aussparung 2 am Kopfende 3 als auch eine Aussparung 2' am Fußende 4 notwendig. Zur Ausbildung eines Strömungskanals in der minimal geöffneten Position ist auch eine der Aussparungen 2, 2' am Kopfende 3 oder Fußende 4 ausreichend. Im Falle einer Aussparung 2, 2' berühren in der minimal geöffneten Position entweder die Stege 9, 9' oder die Stege 10, 10' jeweils die benachbarte Leitschaufel am Fußend 3 oder Kopfende 4, so dass auch in dieser Konstruktionsweise durch die Stege 9, 9', 10, 10' ausgebildet wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist es ebenfalls denkbar, dass die Leitschaufel 1 anstatt einer zwischen zwei Stegen 9, 9', 10, 10' angeordneten Aussparung 2, 2', einen zwischen zwei Aussparung 2, 2' angeordneten Steg 9, 9', 10, 10' aufweist. Ebenfalls ist eine alternierende Anordnung mehrerer Aussparungen 2, 2' und Stege 9, 9', 10, 10' denkbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004058719 A1 [0002]

Claims

Ladeeinrichtung, insbesondere ein Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einer variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie, wobei in einer ein Turbinen-/Verdichterrad ringförmig umgebenden Zuströmzone für Gase mehrere Leitschaufeln (1) angeordnet sind, – die jeweils um eine im wesentlichen zu einer Turbinen-/Verdichterachse parallelen Achse schwenkbar sind, – die in einer minimal geöffneten Position einen das Turbinen-/Verdichterrad umschließenden, weitgehend geschlossenen Ring bilden, – die in einer maximal geöffneten Position annähernd radial zu der Turbinen-/Verdichterradachse ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leitschaufeln (1) an einem Leitschaufelende (3, 4) und/oder zwischen den Leitschaufelenden (3, 4) zumindest eine Aussparung (2, 2') aufweisen, die auch in der minimal geöffneten Position eine Mindestdurchströmung der Leitschaufeln (1) sichert.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der minimal geöffneten Position der Leitschaufeln (1) wenigstens 95% des Gases durch die Aussparungen (2, 2') strömen.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Mittelstellung der Leitschaufeln (1) zwischen 30% und 50% des Gases durch die Aussparungen (2, 2') strömen.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der maximal geöffneten Position höchstens 5% des Gases durch die Aussparungen (2, 2') strömen.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leitschaufeln (1) von einem Leitschaufelende (3, 4) zum anderen Leitschaufelende (4, 3) in einer Längsrichtung durch zumindest eine Aussparung (2, 2') in zumindest zwei Teile (5, 6) geteilt werden.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leitschaufeln (1) zwischen den Leitschaufelenden (3, 4) quer zur Längsrichtung durch zumindest eine Aussparung (2, 2') in zumindest zwei Teile (5, 6) geteilt werden.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile (5, 6) einer durch eine Aussparung (2, 2') geteilten Leitschaufel (1) an einem Sockel (7) befestigt sind.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der minimal geöffneten Position zumindest eine Aussparung (2, 2') an einem Kopfbereich einer Leitschaufel (1) zu einem Fußbereich der benachbarten Leitschaufel (1) orientiert ist und zumindest einen Steg (9, 9') aufweist.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der minimal geöffneten Position zumindest eine Aussparung (2, 2') am Fußbereich einer Leitschaufel (1) zu dem Kopfbereich der benachbarten Leitschaufel (1) orientiert ist und zumindest einen Steg (10, 10') aufweist.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der minimal geöffneten Position zumindest ein Steg (9, 9', 10, 10') des Fußbereiches oder des Kopfbereiches den Fußbereich oder den Kopfbereich der benachbarten Leitschaufel (1) berührt.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der minimal geöffneten Position zumindest ein Steg (10, 10') des Fußbereiches zumindest einen Steg (9, 9') des Kopfbereiches der benachbarten Leitschaufel (1) berührt.
Ladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der minimal geöffneten Position der Fußbereich den Kopfbereich der benachbarten Leitschaufel (1) berührt und somit der zwischen den benachbarten Leitschaufeln (1) angeordnete Strömungskanal verschlossen ist.