DE102011081187A1

DE102011081187A1 - Variable turbine / compressor geometry

Info

Publication number: DE102011081187A1
Application number: DE201110081187
Authority: DE
Inventors: Thomas Streich; Senol Sögüt
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2013-02-21
Also published as: WO2013026653A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine variable Turbinen-/Verdichtergeometrie (5) für eine Ladeeinrichtung (1), mit einem Schaufellagerring (8) an dem Leitschaufeln (6) jeweils über einen zugehörigen Schaufelzapfen (7) drehbar angeordnet sind. Ein verbessertes Reaktions- bzw. Hystereseverhalten sowie ein verringerter Verschleiß ergeben sich, wenn sich ein Kanal (17) von der Innenseite (11) zumindest eins der Schaufelzapfen (7) bis zur Außenseite (9) der zugehörigen Leitschaufel (7) erstreckt. Die Erfindung betrifft weiter eine Leitschaufel (6) mit einem zugehörigen Schaufelzapfen (7) sowie einen Kanal (17) der sich von der Innenseite (11) bis zur Außenseite (9) erstreckt. Zudem betrifft die Erfindung eine Ladeeinrichtung (1), insbesondere einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Kraftfahrzeuges, mit einer derartigen variable Turbinen-/Verdichtergeometrie (5) bzw. mit einer derartigen Leitschaufel (6) und einem zugehörigen Schaufelzapfen (7), die von der Innenseite (11) bis zur Außenseite (9) von einem Kanal (17) durchsetzt ist.The present invention relates to a variable turbine / compressor geometry (5) for a loading device (1), with a blade bearing ring (8) on the guide vanes (6) are each rotatably arranged via an associated blade pin (7). An improved reaction or hysteresis behavior and reduced wear result when a channel (17) extends from the inside (11) of at least one of the blade pins (7) to the outside (9) of the associated guide blade (7). The invention further relates to a vane (6) with an associated blade pin (7) and a channel (17) extending from the inside (11) to the outside (9). In addition, the invention relates to a charging device (1), in particular an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, preferably a motor vehicle, with such a variable turbine / compressor geometry (5) or with such a guide vane (6) and an associated blade pin (7), of the inside (11) to the outside (9) of a channel (17) is interspersed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine variable Turbine- und/oder Verdichtergeometrie für eine Ladeeinrichtung, insbesondere für einen Abgasturbolader, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiter eine Leitschaufel mit einem Schaufelzapfen für eine derartige variable Turbinen-/Verdichtergeometrie, sowie eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader, mit einer derartigen variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie.The present invention relates to a variable turbine and / or compressor geometry for a charging device, in particular for an exhaust gas turbocharger, according to the preamble of claim 1. The invention further relates to a guide vane with a blade journal for such a variable turbine / compressor geometry, and a charging device, in particular an exhaust gas turbocharger, with such a variable turbine / compressor geometry.

Eine variable Turbinen-/Verdichtergeometrie dient der Regelung einer Leistung einer Ladeeinrichtung für eine Kraftmaschine. Eine Turbine der Ladeeinrichtung wird dabei von einem von der Kraftmaschine produzierten Fluid angetrieben und überträgt die somit gewonnene Energie auf einen Verdichter der Kraftmaschine. Ist die Ladeeinrichtung als ein Abgasturbolader ausgebildet, so wird die Turbine von einem Abgas einer Brennkraftmaschine angetrieben und überträgt die somit gewonnene Energie über eine Welle auf den Verdichter, der die der Kraftmaschine zuzuführende Luft verdichtet. Zur Regelung der Ladeeinrichtung dient dabei üblicherweise die variable Turbinen-/Verdichtergeometrie. Die variable Turbinen-/Verdichtergeometrie ist eine Einrichtung, mittels welcher ein dem die Turbine antreibenden Abgas zur Verfügung stehender Querschnitt variiert werden kann. Dies ist insbesondere im Fall von niedrigen Mengen des antreibenden Fluids bzw. Abgases sinnvoll, weil hier durch eine Reduzierung des Querschnitts die Leistung der Ladeeinrichtung und somit der Brennkraftmaschine erhöht werden kann. Zur Variation des Querschnitts weist die variable Turbinen-/Verdichtergeometrie einen Schaufellagerring auf, an dem Leitschaufeln jeweils über einen Schaufelzapfen drehbar angeordnet sind. Der Schaufelzapfen einer Leitschaufel durchsetzt also eine entsprechende Öffnung des Schaufellagerrings, wobei die Leitschaufeln üblicherweise kreisförmig am Schaufellagerring angeordnet sind. Die jeweiligen Leitschaufeln sind dabei auf ihrer vom Schaufellagerring bzw. vom zugehörigen Schaufelzapfen abgewandten Außenseite einer Deckscheibe zugewandt, die dem Schaufellagerring gegenüberliegt. Die Leitschaufeln sind also zwischen dem Schaufellagerring und der Deckscheibe angeordnet. Um die Drehlage der jeweiligen Leitschaufeln einzustellen, ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die die jeweiligen Leitschaufeln über die zugehörigen Schaufelzapfen dreht. Die Steuereinrichtung ist dabei in einem Steuerraum angeordnet, der wich zweckmäßig auf der von den Leitschaufeln abgewandten Seite des Schaufellagerrings befindet. Innenseiten der jeweiligen Schaufelzapfen sind also im Steuerraum angeordnet, wobei die Innenseiten der Schaufelzapfen die von den zugehörigen Leitschaufeln abgewandten Seiten der Schaufelzapfen sind.A variable turbine / compressor geometry is used to control a power of a charging device for an engine. A turbine of the charging device is driven by a fluid produced by the engine and transmits the energy thus obtained to a compressor of the engine. If the charging device is designed as an exhaust gas turbocharger, the turbine is driven by an exhaust gas of an internal combustion engine and transmits the energy thus obtained via a shaft to the compressor, which compresses the air to be supplied to the engine. To control the charging device usually serves the variable turbine / compressor geometry. The variable turbine / compressor geometry is a means by which an exhaust gas available to the turbine driving exhaust gas can be varied. This is particularly useful in the case of low amounts of the driving fluid or exhaust gas, because the power of the charging device and thus of the internal combustion engine can be increased by reducing the cross section. In order to vary the cross section, the variable turbine / compressor geometry has a blade bearing ring, on which guide vanes are each rotatably arranged via a blade journal. The blade journal of a vane thus passes through a corresponding opening of the vane bearing ring, wherein the vanes are usually arranged in a circular manner on the vane bearing ring. The respective vanes are facing away from their side facing away from the blade bearing ring or from the associated blade pin outer side of a cover plate, which faces the blade bearing ring. The vanes are thus arranged between the blade bearing ring and the cover plate. In order to adjust the rotational position of the respective guide vanes, a control device is provided which rotates the respective guide vanes via the associated blade journals. The control device is arranged in a control chamber, which wich is expediently located on the side facing away from the vanes side of the blade bearing ring. Inner sides of the respective blade journals are thus arranged in the control chamber, wherein the inner sides of the blade journals are the sides of the blade journals facing away from the associated guide blades.

Die Anordnung einer derartigen variable Turbinengeometrie für eine Ladeeinrichtung ist bspw. aus der EP 1 925 784 A1 bekannt. Hierbei ist die variable Turbinengeometrie turbinenseitig angeordnet. Eine fluidische Trennung zwischen dem Steuerraum und einem der Turbine benachbarten Hochdruckraum ist dabei insbesondere durch eine Scheibe realisiert. Problematisch dabei ist, dass derartige Dichtungen des Steuerraums gegenüber dem Hochdruckraum, die bspw. durch die bereits erwähnte Scheibe realisiert sein können, eine unzureichende fluidische Dichtung darstellen. Das in dem Hochdruckraum vorhandene Abgas, das mit einem Druck vorliegt, kann also in den Steuerraum eindringen. Dies führt insbesondere dazu, dass die Schaufelzapfen axial entlang der Leitschaufel mit Druck beaufschlagt werden. Dadurch werden auch die jeweiligen Leitschaufeln axial weg von dem Schaufellagerring drückt. Dies führt insbesondere dazu, dass die Außenseiten der jeweiligen Leitschaufel gegen die Deckscheibe gedrückt werden. Damit ist bei der Änderung der Drehlage der jeweiligen Leitschaufel neben einem beschleunigten Verschleiß eine Reaktionseigenschaft bzw. ein Hystereseverhalten der Leitschaufeln negativ beeinträchtigt.The arrangement of such a variable turbine geometry for a charging device is, for example, from the EP 1 925 784 A1 known. In this case, the variable turbine geometry is arranged on the turbine side. A fluidic separation between the control chamber and a high-pressure space adjacent the turbine is realized in particular by a disk. The problem with this is that such seals of the control chamber with respect to the high-pressure chamber, which can be realized, for example, by the already mentioned disc, constitute an insufficient fluidic seal. The existing in the high-pressure chamber exhaust gas, which is present at a pressure, so can penetrate into the control room. This results in particular in that the blade pins are pressurized axially along the guide vane. As a result, the respective guide vanes are also pressed axially away from the vane bearing ring. This leads in particular to the outer sides of the respective guide blade being pressed against the cover disk. Thus, in the change of the rotational position of the respective vane in addition to accelerated wear a reaction property or a hysteresis of the vanes is adversely affected.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine variable Turbinen-/Verdichtergeometrie eine Ladeeinrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers, eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch ein verbessertes Reaktionsverhalten und einen verringerten Verschleiß auszeichnet.The present invention addresses the problem of providing for a variable turbine / compressor geometry, a charging device, in particular an exhaust gas turbocharger, an improved or at least alternative embodiment, which is characterized in particular by improved reaction behavior and reduced wear.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Innenseite eines Schaufelzapfens und eine Außenseite einer zugehörigen Leitschaufel mittels einer sich entlang der Leitschaufel und dem Schaufelzapfen erstreckenden Fluidverbindung fluidisch miteinander verbunden sind, sodass ein in einem Steuerraum herrschender Druck das im Steuerraum vorhandene Fluid durch die Fluidverbindung und somit die Leitschaufel weg von einer Deckscheibe antreibt. Die variable Turbinen-/Verdichtergeometrie weist dabei einen Schaufellagerring auf, an dem mehrere Leitschaufeln jeweils über zugehörige Schaufelzapfen drehbar gelagert sind. Die jeweiligen Schaufelzapfen sind also drehbar in vorzugsweise kreisförmig am Schaufellagerring angeordnete Öffnungen oder Lagern angeordnet. Die jeweiligen Leitschaufeln sind dabei auf ihrer dem Schaufellagerring abgewandten Außenseite der Deckscheibe zugewandt, wobei die Deckscheibe dem Schaufellagerring gegenüberliegt. Die Leitschaufeln sind also zwischen dem Schaufellagerring und der Deckscheibe angeordnet. Eine Drehung der Leitschaufeln zur Änderung der Drehlage der Leitschaufeln erfolgt dabei üblicherweise über eine Steuereinrichtung, welche die Schaufelzapfen drehen kann. Die Leitschaufeln sind also zweckmäßig mit der jeweiligen Leitschaufel drehfest verbunden. Dabei können die Leitschaufeln und die jeweiligen Schaufelzapfen einstückig ausgebildet sein. Weiter kann die Steuereinrichtung Bestandteil der variablen Turbinen-/Verdichtergeometrie aber beispielsweise auch Bestandteil der Ladeeinrichtung sein. Die Steuereinrichtung ist in dem Steuerraum angeordnet, wobei der Steuerraum auf einer von den Leitschaufeln abgewandten Seite des Schaufellagerrings angeordnet ist. Innenseiten der Schaufelzapfen sind nun in dem Steuerraum angeordnet, wobei die Steuereinrichtung die Schaufelzapfen an einem von der zugehörigen Leitschaufel entfernten Bereich dreht. Dabei ist die Innenseite des jeweiligen Schaufelzapfens, die von der zugehörigen Leitschaufel abgewandten Seite des jeweiligen Schaufelzapfens. Während die Außenseiten der Leitschaufeln der Deckscheibe zugewandt sind, sind also die Innenseiten der zugehörigen Schaufelzapfen im Steuerraum angeordnet. Die Steuereinrichtung dreht also die Schaufelzapfen jeweils um eine Drehachse, womit die zugehörigen Leitschaufeln jeweils um die selbe Drehachse gedreht werden. Somit wird ein von den Leitschaufeln definierter und durchströmbarer Querschnitt durch die Drehlage der jeweiligen Leitschaufeln variiert.The present invention is characterized in that an inner side of a blade pin and an outer side of an associated guide blade are fluidly connected to one another by means of a fluid connection extending along the guide blade and the blade pin, so that a pressure prevailing in a control chamber increases the fluid present in the control chamber through the fluid connection and thus drives the vane away from a cover disk. The variable turbine / compressor geometry in this case has a blade bearing ring on which a plurality of stator blades are each rotatably mounted via associated blade pins. The respective blade pins are thus rotatably arranged in preferably circularly arranged on the blade bearing ring openings or bearings. The respective vanes are facing away from the outer side of the cover disk on the side facing away from the vane bearing ring, the cover disk lying opposite the vane bearing ring. The vanes are So arranged between the blade bearing ring and the cover plate. A rotation of the guide vanes for changing the rotational position of the guide vanes is usually carried out via a control device which can rotate the blade journals. The guide vanes are thus suitably rotatably connected to the respective guide vane. In this case, the guide vanes and the respective blade pins can be integrally formed. Furthermore, the control device may be part of the variable turbine / compressor geometry, but for example also part of the charging device. The control device is arranged in the control chamber, wherein the control chamber is arranged on a side remote from the guide vanes side of the blade bearing ring. Inner sides of the blade pegs are now located in the control chamber, with the control device rotating the blade pegs on a portion remote from the associated vane. Here, the inside of the respective blade pin, the side facing away from the associated vane side of the respective blade pin. While the outer sides of the guide vanes facing the cover plate, so the inner sides of the associated blade pins are arranged in the control chamber. The control device thus rotates the blade pins in each case about an axis of rotation, whereby the associated guide vanes are respectively rotated about the same axis of rotation. Thus, a defined by the vanes and flow-through cross-section is varied by the rotational position of the respective vanes.

Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist nun zumindest einer der Leitschaufeln und der zugehörige Schaufelzapfen einen Kanal auf, wobei sich der Kanal von der Innenseite des zugehörigen Schaufelzapfens bis zur Außenseite der jeweiligen Leitschaufel erstreckt. Der Kanal verläuft also von den der Leitschaufel entfernten Ende des zugehörigen Schaufelzapfens bis zu dem dem Schaufelzapfen entfernten Ende der jeweiligen Leitschaufel. Der Kanal verbindet somit die Außenseite der Leitschaufel mit der Innenseite des zugehörigen Schaufelzapfens und somit den Steuerraum mit der Außenseite der Leitschaufel fluidisch. Folglich strömt ein im Steuerraum mit einem Druck vorhandenes Fluid, insbesondere eine Abgasmenge eines Abgases, vom Steuerraum bis zur Außenseite der Leitschaufel und bewirkt eine von der Deckscheibe in Richtung der Leitschaufel wirkende Kraft bzw. Axialkraft, welche ein Reiben der Leitschaufeln, insbesondere der Außenseite der Leitschaufel, gegen die Deckscheibe verhindert oder zumindest reduziert. Dies führt dazu, dass ein Reaktionsverhalten bzw. ein Hystereseverhalten der Leitschaufel bei der Änderung der Drehlage verbessert ist. Zudem ist ein Verschleiß der Leitschaufel, insbesondere der Außenseite der Leitschaufel, reduziert.According to the idea of the invention, at least one of the guide vanes and the associated blade journals now has a channel, wherein the channel extends from the inside of the associated blade journal to the outside of the respective guide blade. Thus, the channel extends from the vane distal end of the associated vane pin to the blade end remote end of the respective vane. The channel thus fluidly connects the outside of the vane with the inside of the associated vane pin and thus the control space with the outside of the vane. Consequently, a fluid present in the control chamber with a pressure, in particular an exhaust gas amount of an exhaust gas flows from the control chamber to the outside of the vane and causes a force acting from the cover plate in the direction of the vane force or axial force, which rubbing of the vanes, in particular the outside of the Guide vane, prevents or at least reduced against the cover disc. This results in that a reaction behavior or a hysteresis behavior of the guide vane is improved when changing the rotational position. In addition, wear of the guide vane, in particular the outside of the vane, is reduced.

Es sei vermerkt, dass die erfindungsgemäße Verbesserung des Reaktionsverhaltens der Leitschaufeln und der verringerte Verschleiß nicht zwangsweise eine Strömung des Fluids, insbesondere des Abgases, durch den Kanal bedürfen. Diese Vorteile werden bereits durch die fluidische Verbindung der Innenseite bzw. des Steuerraums mit der Außenseite erreicht, wodurch ein Druckausgleich zwischen dem Steuerraum und der Außenseite realisiert ist, der dem jeweiligen mit Druck beaufschlagten Schaufelzapfen bzw. der zugehörigen Leitschaufeln entgegenwirkt.It should be noted that the inventive improvement in the reaction behavior of the guide vanes and the reduced wear does not necessarily require a flow of the fluid, in particular of the exhaust gas through the channel. These advantages are already achieved by the fluidic connection of the inside or the control chamber with the outside, whereby a pressure equalization between the control chamber and the outside is realized, which counteracts the respective pressurized blade journal or the associated guide vanes.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die von dem Kanal durchsetzte Außenseite der Leitschaufel eine Aussparung oder eine Vertiefung auf. Die Leitschaufel weist also auf ihrer Außenseite eine Aussparung auf, in die der Kanal mündet. Die Aussparung dient dabei insbesondere dem Zweck, die Wirkung einer durch die Strömung bzw. durch den Gegendruck des Abgases vom Steuerraum zur Außenseite verursachte und von der Deckscheibe entgegen der Außenseite wirkenden Axialkraft, welche das Reaktionsverhalten verbessert und den Verschleiß verringert, zu optimieren. Die Aussparung vergrößert also insbesondere eine für die Axialkraft relevante Fläche der Außenseite, die eine optimierte Reduzierung der Reibung der Außenseite gegen die Decke bewirkt. Dabei ist der Ausströmungsbereich vorzugsweise aerodynamisch derart ausgebildet, dass die Wirkung der Axialkraft maximiert oder zumindest erhöht ist. Eine derartige Ausbildung der Aussparung hängt dabei insbesondere von den geometrischen Gegebenheiten der Deckscheibe bzw. der Leitschaufel ab.In a preferred embodiment, the outside of the vane penetrated by the channel has a recess or a recess. The guide vane thus has on its outer side a recess into which the channel opens. The recess serves in particular for the purpose of optimizing the effect of an axial force caused by the flow or by the backpressure of the exhaust gas from the control chamber to the outside and acting from the cover disk against the outside, which improves the reaction behavior and reduces wear. The recess therefore increases, in particular, a surface of the outside which is relevant for the axial force and which effects an optimized reduction of the friction of the outside against the ceiling. In this case, the outflow region is preferably designed aerodynamically such that the effect of the axial force is maximized or at least increased. Such a configuration of the recess depends in particular on the geometric conditions of the cover plate or the guide vane.

Bevorzugt wird dabei eine Ausführungsform, bei der die Aussparung einen umlaufenden Rand aufweist. Der Rand verläuft dabei insbesondere innerhalb der Außenseite. Die Aussparung ist also insbesondere als eine Kavität ausgebildet, die der optimierten oder zumindest verbesserten Nutzung der Axialkraft dient.An embodiment in which the recess has a peripheral edge is preferred. The edge runs in particular within the outside. The recess is therefore designed in particular as a cavity which serves the optimized or at least improved use of the axial force.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Aussparung der Leitschaufel eine zur Leitschaufel komplementäre Form auf. Die Aussparung ist also insbesondere komplementär zur Außenseite der Leitschaufel geformt. Weist die Leitschaufel bspw. eine gekrümmte Form auf, so weist die Aussparung die gleiche oder eine ähnliche Krümmung auf.In a further preferred embodiment, the recess of the guide vane has a form complementary to the guide vane. The recess is therefore shaped in particular complementary to the outside of the guide vane. If the guide blade has, for example, a curved shape, then the recess has the same or a similar curvature.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Außenseite der Leitschaufeln, in die der Kanal mündet, auch mehrere Aussparungen aufweisen kann. Die jeweiligen Aussparungen können dabei die gleiche Form oder unterschiedliche Formen aufweisen. Weiter können die jeweiligen Aussparungen beliebig auf der Außenseite verteilt sein. Auch sind Ausführungsformen vorstellbar, bei denen zwei oder mehrere Aussparungen der Außenseite miteinander verbunden sind.It should be noted that the outside of the guide vanes into which the channel opens, may also have a plurality of recesses. The respective recesses may have the same shape or different shapes. Further, the respective recesses may be distributed arbitrarily on the outside. Also are Embodiments conceivable in which two or more recesses of the outside are connected together.

Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verläuft der Kanal parallel zum Schaufelzapfen. Der Schaufelzapfen ist dabei vorzugsweise und zweckmäßig rotationssymmetrisch ausgebildet. Besonders bevorzugt wird also eine Ausführungsform, bei der der Kanal koaxial zum Schaufelzapfen verläuft. Der Kanal verläuft also insbesondere geradlinig, wobei eine Längsmittelachse des Kanals der Drehachse des Schaufelzapfens bzw. der Leitschaufel entspricht.According to a further preferred embodiment, the channel runs parallel to the blade journal. The blade pin is preferably and suitably rotationally symmetrical. Particularly preferred is therefore an embodiment in which the channel is coaxial with the blade journal. The channel thus runs in particular in a straight line, with a longitudinal center axis of the channel corresponding to the axis of rotation of the blade journal or the guide blade.

Es sei darauf hingewiesen, dass eine derartige variable Turbinen-/Verdichtergeometrie, bei der zumindest eine der Leitschaufeln und der zugehörige Schaufelzapfen einen derartigen Kanal aufweisen, ebenso zum Umfang dieser Erfindung gehört, wie eine derartige variable Turbinen-/Verdichtergeometrie, bei der mehrere oder alle Leitschaufeln und die zugehörigen Schaufelzapfen einen derartigen Kanal aufweisen. Ebenfalls gehören variable Turbinen-/Verdichtergeometrien zum Umfang dieser Erfindung, bei denen der Schaufelzapfen und/oder die zugehörige Leitschaufel mehrere derartige Kanäle aufweisen.It should be understood that such a variable turbine / compressor geometry, where at least one of the vanes and associated blade pegs has such a channel, is also within the scope of this invention, such as a variable turbine / compressor geometry, where several or all of them Guide vanes and the associated blade pins have such a channel. Also included in the scope of this invention are variable turbine / compressor geometries where the blade peg and / or the associated vane have multiple such channels.

Es sei ferner vermerkt, dass der von der Außenseite der Leitschaufeln bis zur Innenseite des zugehörigen Schaufelzapfens verlaufende Kanal aus mehreren unterschiedlich geformten Abschnitten bestehen kann, ohne den Umfang dieser Erfindung zu verlassen. Der Kanal kann also insbesondere teilweise oder gänzlich gekrümmt sein.It should also be noted that the channel extending from the outside of the vanes to the inside of the associated bucket may consist of several differently shaped sections without departing from the scope of this invention. The channel can thus be partially or completely curved in particular.

Es versteht sich, dass eine Leitschaufel mit einem Schaufelzapfen für eine variable Turbinen-/Verdichtergeometrie, mit einem den Schaufelzapfen und die Leitschaufel von der Innenseite zur Außenseite durchsetzenden Kanal als wichtiger Bestandteil dieser Erfindung, auch als Solche zum Umfang der Erfindung gehören.It will be understood that a vane with a variable turbine / compressor geometry vane, with a channel penetrating the vane and vane from the inside to the outside, as an important part of this invention, also belongs to the scope of the invention.

Dabei ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der der Kanal durch eine Bohrung hergestellt ist. Ist die Leitschaufel mit dem zugehörigen Schaufelzapfen einstückig ausgebildet, so ist die Bohrung zur Herstellung des Kanals eine besonders einfache und wirtschaftliche Realisierung einer erfindungsgemäßen Leitschaufel mit dem Schaufelzapfen, insbesondere, wenn der Kanal geradlinig ausgebildet ist.An embodiment is preferred in which the channel is made through a bore. If the vane with the associated blade pin is formed integrally, the bore for the production of the channel is a particularly simple and economical realization of a vane according to the invention with the blade pin, in particular, if the channel is rectilinear.

Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, bei der die Leitschaufel mit dem Schaufelzapfen und dem Kanal durch ein Gussverfahren hergestellt ist. Die Leitschaufel mit dem Schaufelzapfen und der Kanal ist also insbesondere durch eine Gussform hergestellt, in der der Kanal umgossen wird.Also preferred is an embodiment in which the vane is made with the vane and the channel by a casting process. The vane with the blade pin and the channel is thus made in particular by a mold in which the channel is cast.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine derartige variable Turbinen-/Verdichtergeometrie Bestandteil einer Ladeeinrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers. Eine Ladeeinrichtung, insbesondere ein Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Kraftfahrzeuges, mit einer solchen variable Turbinen-/Verdichtergeometrie bzw. mit zumindest einer solchen Leitschaufel und dem zugehörigen Schaufelzapfen und dem Kanal gehört also ebenfalls zum Umfang dieser Erfindung.In an advantageous development of such a variable turbine / compressor geometry is part of a charging device, in particular an exhaust gas turbocharger. A charging device, in particular an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, preferably a motor vehicle, with such a variable turbine / compressor geometry or with at least one such vane and the associated blade journal and the channel thus also belongs to the scope of this invention.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

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 is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

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.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch:It show, each schematically:

1 einen Querschnitt durch eine Ladeeinrichtung, 1 a cross section through a charging device,

2 und 3 jeweils eine isometrische Ansicht einer Leitschaufel mit einem Schaufelzapfen, 2 and 3 each an isometric view of a vane with a blade journal,

Wie in der 1 gezeigt, umfasst eine Ladeeinrichtung 1 eine Turbine 2 und einen Verdichter 3, wobei die Energie der Turbine 2, insbesondere eine Rotation eines Turbinenrads x der Turbine 2, über eine Welle 4 auf den Verdichter 3, insbesondere auf ein Verdichterrad y des Verdichters 3, übertragen wird. Weiter umfasst die Ladeeinrichtung 1 eine variable Turbinen-/Verdichtergeometrie 5, die turbinenseitig angeordnet ist und im Folgenden daher als variable Turbinengeometrie 5 bezeichnet wird. Es ist klar, dass auch eine verdichterseitige Anordnung als variable Verdichtergeometrie 5 möglich ist.Like in the 1 shown comprises a charging device 1 a turbine 2 and a compressor 3 where the energy of the turbine 2 , in particular a rotation of a turbine wheel x of the turbine 2 , over a wave 4 on the compressor 3 , in particular to a compressor wheel y of the compressor 3 , is transmitted. Furthermore, the charging device comprises 1 a variable turbine / compressor geometry 5 , which is arranged on the turbine side and therefore below as a variable turbine geometry 5 referred to as. It is clear that also a compressor-side arrangement as a variable compressor geometry 5 is possible.

Die variable Turbinengeometrie 5 umfasst Leitschaufeln 6, die jeweils Ober einen Schaufelzapfen 7 an einen Schaufellagerring 8 drehbar angeordnet sind. Die hier gezeigten Leitschaufeln 6 und die zugehörigen Schaufelzapfen 7 sind dabei einstückig ausgebildet. Die Leitschaufeln 6 sind auf ihrer vom Schaufellagerring 8 bzw. vom dem zugehörigen Schaufelzapfen 7 abgewandten Außenseite 9 einer Deckscheibe 10 der variable Turbinengeometrie 5 zugewandt. Die Deckscheibe 10 ist dabei dem Schaufellagerring 8 gegenüberliegend angeordnet, womit die Leitschaufeln 6 zwischen dem Schaufellagerring 8 und der Deckscheibe 10 gelagert sind. Zudem sind der zugehörigen Leitschaufeln 6 abgewandte Innenseiten 11 der Schaufelzapfen 7 in einem Steuerraum 12 angeordnet. Der Steuerraum 12 ist also auf der von den Leitschaufeln 6 abgewandten Seite des Schaufellagerrings 8 angeordnet. Eine Stelleinrichtung 13 zum Einstellen einer Drehlage der drehbar gelagerten Leitschaufeln 6 bzw. der zugehörigen Schaufelzapfen 7 ist im Steuerraum 12 angeordnet. Die Steuereinrichtung 13 dreht also die jeweils drehfest mit der zugehörigen Leitschaufel 6 verbundenen Schaufelzapfen 7 um eine Drehachse 14 des Schaufelzapfens 7 und somit um die Drehachse 14 der zugehörigen Leitschaufel 6. Somit stellt die Steuereinrichtung 13 also einen durch die Leitschaufeln 6 für ein die Turbine 2 antreibendes Fluid, insbesondere eines Abgases, zur Verfügung gestellten und durchströmbaren Querschnitt ein. Die jeweiligen Schaufelzapfen 7 sind dabei bzgl. der Rotationsachse 14 rotationssymmetrisch ausgebildet.The variable turbine geometry 5 includes vanes 6 , each upper one blade shovel 7 to a blade bearing ring 8th are rotatably arranged. The vanes shown here 6 and the associated blade pegs 7 are integrally formed. The vanes 6 are on theirs from the scoop ring 8th or from the associated blade pin 7 opposite outside 9 a cover disk 10 the variable turbine geometry 5 facing. The cover disk 10 is in the vane bearing ring 8th arranged opposite, bringing the vanes 6 between the blade bearing ring 8th and the cover disk 10 are stored. In addition, the associated vanes 6 opposite inner sides 11 the scoop pin 7 in a control room 12 arranged. The control room 12 So it's on the of the vanes 6 opposite side of the blade bearing ring 8th arranged. An adjusting device 13 for adjusting a rotational position of the rotatably mounted guide vanes 6 or the associated blade pin 7 is in the control room 12 arranged. The control device 13 So rotates the respective rotationally fixed with the associated vane 6 connected blade pegs 7 around a rotation axis 14 the bucket pin 7 and thus around the axis of rotation 14 the associated vane 6 , Thus, the controller provides 13 So one through the vanes 6 for a turbine 2 driving fluid, in particular an exhaust gas, provided and flowed through a cross section. The respective blade pegs 7 are with respect to the axis of rotation 14 formed rotationally symmetrical.

In einem Hochdruckbereich 15 am Einlass zum Turbinenrad x herscht ein hoher Druck im Fluid. Aufgrund des hohen Drucks des Fluids im Hochdruckbereich 15 kann das Fluid trotz einer abdichtenden Scheibe 16, die auf einer vom Hochdruckbereich 15 abgewandten Seite der Turbine 2 und am Schaufellagerring 8 angeordnet ist, in den Steuerraum 12 eindringen. Das Fluid kann dabei auch über andere, hier nicht aufgezeigte Pfade, in den Steuerraum 12 gelangen. Folglich weist das Fluid im Steuerraum 12 einen hohen Druck auf.In a high pressure area 15 At the inlet to the turbine wheel x, a high pressure prevails in the fluid. Due to the high pressure of the fluid in the high pressure area 15 can the fluid despite a sealing disc 16 working on one of the high pressure area 15 opposite side of the turbine 2 and at the vane bearing ring 8th is located in the control room 12 penetration. The fluid can also be via other, not shown here paths in the control room 12 reach. Consequently, the fluid in the control room 12 a high pressure on.

Erfindungsgemäß weist nun zumindest eine der Leitschaufeln 6 und der zugehörige Schaufelzapfen 7 einen Kanal 17 auf. Der Kanal 17 erstreckt sich dabei von der Innenseite 11 des zugehörigen Schaufelzapfens 7 bis zur Außenseite 9 der jeweiligen Leitschaufel 6, wobei beide in 1 gezeigte Leitschaufeln 6 sowie die zugehörigen Schaufelzapfen 7 einen derartigen Kanal 17 aufweisen. Durch den Kanal findet nun ein Druckausgleich zwischen dem Steuerraum 12 und der Außenseite 9 der jeweiligen Leitschaufel 6 statt, sodass einer Reibung der jeweiligen Leitschaufel 6 bzw. der zugehörigen Außenseite 9 gegen die Deckscheibe 10 entgegengewirkt wird. Zudem kann das im Steuerraum 12 mit hohem Druck vorhandene Fluid über den Kanal 17 von der Innenseite 11 der Schaufelzapfen 7 bis zur Außenseite 9 der jeweils zugehörigen Leitschaufeln 6 strömen. Dadurch entsteht zwischen der Deckscheibe 10 und der Außenseite 9 der Leitschaufeln 6 eine Axialkraft 18, die von der Deckscheibe 10 entgegen der Außenseite 9 der Leitschaufeln 6 wirkt. Der Druck des im Steuerraum 12 vorhandenen Fluids, der eine Bewegung des Schaufelzapfens 6 und somit der zugehörigen Leitschaufel 6 in Richtung der Deckscheibe 8 bewirkt, wird also zur Erzeugung der Axialkraft 18 genutzt, um die Reibung der Leitschaufeln 6 bzw. der Außenseite 9 der Leitschaufeln 6 gegen die Deckscheibe 10 zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Diese Reibung hat insbesondere nachteilige Auswirkungen auf ein Reaktionsverhalten der Leitschaufeln 6 bei einer Änderung der Drehlage sowie auf den Verschleiß der Leitschaufeln 6.According to the invention, at least one of the guide vanes now has 6 and the associated blade pin 7 a channel 17 on. The channel 17 extends from the inside 11 the associated blade pin 7 to the outside 9 the respective vane 6 , both in 1 shown vanes 6 and the associated blade pins 7 such a channel 17 exhibit. Through the channel now finds a pressure equalization between the control room 12 and the outside 9 the respective vane 6 instead, leaving a friction of the respective vane 6 or the associated outside 9 against the cover disk 10 counteracted. In addition, this can be done in the control room 12 high pressure fluid over the channel 17 from the inside 11 the scoop pin 7 to the outside 9 the respective associated vanes 6 stream. This creates between the cover disk 10 and the outside 9 the vanes 6 an axial force 18 that from the cover disk 10 against the outside 9 the vanes 6 acts. The pressure of the control room 12 existing fluid, which is a movement of the blade pin 6 and thus the associated vane 6 in the direction of the cover disk 8th causes, so is to generate the axial force 18 used the friction of the vanes 6 or the outside 9 the vanes 6 against the cover disk 10 to prevent or at least reduce. This friction has particular adverse effects on a reaction behavior of the vanes 6 with a change in the rotational position and on the wear of the guide vanes 6 ,

Die 2 und 3 zeigen zwei unterschiedliche isometrische Ansichten derartiger Leitschaufeln 6 mit einem solchen zugehörigen Schaufelzapfen 7. Die Leitschaufel 6 und der zugehörige Schaufelzapfen 7 sind dabei einstückig ausgebildet. Der Schaufelzapfen 7 weist zudem eine bzgl. der Drehachse 14 rotationssymmetrische Form auf. Der Kanal 17 verläuft von der Innenseite des Schaufelzapfens 7, wie in 2 gezeigt, geradlinig bis zur Außenseite 9 der Leitschaufel 6. Der Kanal 17 ist zudem als ein Hohlzylinder ausgebildet und verläuft koaxial zum Schaufelzapfen 7 bzw. zur Drehachse 14. Eine Längsmittelachse 19 des Kanals 17 entspricht also der Drehachse 14. Wie in der 3 zu sehen, mündet der Kanal 17 dabei in einer Aussparung 20, die auf der Außenseite 9 der Leitschaufel 6 angeordnet ist. Die Aussparung 20 weist dabei eine zur gekrümmten Form der Leitschaufel 6 komplementäre Form auf. Zudem weist die Aussparung 20 einen geschlossenen und umlaufenden Rand 21 auf. Die Aussparung 20 ist also insbesondere als eine Kavität 22 ausgebildet.The 2 and 3 show two different isometric views of such vanes 6 with such an associated blade journal 7 , The vane 6 and the associated blade pin 7 are integrally formed. The scoop pin 7 also has a respect to the axis of rotation 14 rotationally symmetrical shape. The channel 17 runs from the inside of the scoop pin 7 , as in 2 shown, straight to the outside 9 the vane 6 , The channel 17 is also formed as a hollow cylinder and extends coaxially with the blade journal 7 or to the axis of rotation 14 , A longitudinal central axis 19 of the canal 17 therefore corresponds to the axis of rotation 14 , Like in the 3 to see, the channel flows 17 doing so in a recess 20 on the outside 9 the vane 6 is arranged. The recess 20 indicates a curved shape of the vane 6 complementary shape. In addition, the recess has 20 a closed and circumferential edge 21 on. The recess 20 is therefore in particular as a cavity 22 educated.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1925784 A1 [0003]

Claims

Variable turbine and / or compressor geometry ( 5 ) for a charging device ( 1 ), in particular for an exhaust gas turbocharger, with a blade bearing ring ( 8th ) and vanes ( 6 ), wherein - the guide vanes ( 6 ) each via a blade journal ( 7 ) rotatable on the blade bearing ring ( 8th ), - a control room ( 12 ) for a control device ( 13 ) for adjusting the rotational position of the guide vanes ( 6 ) on the vanes ( 6 ) facing away from the blade bearing ring ( 8th ), - the respective guide vanes ( 6 ) on its associated blade journal ( 7 ) facing away from outside ( 9 ) one of the blade bearing ring ( 8th ) opposite cover disc ( 10 ), - of the guide vanes ( 6 ) facing away from inside ( 11 ) of the respective blade pegs ( 7 ) in the control room ( 12 ), characterized in that - at least at one of the guide vanes ( 6 ) a channel ( 17 ) from the inside ( 11 ) of the associated blade pin ( 7 ) to the outside ( 9 ) of the respective vane ( 6 ).

Variable turbine / compressor geometry according to claim 1, characterized in that the guide vane ( 6 ) on its outside ( 11 ) a recess ( 20 ) into which the channel ( 17 ) opens.

Variable turbine / compressor geometry according to claim 2, characterized in that the recess ( 20 ) a peripheral edge ( 21 ) having.

Variable turbine / compressor geometry according to claim 2 or 3, characterized in that the recess ( 20 ) one to the vane ( 6 ), especially the outside ( 9 ) of the vane ( 6 ) has complementary shape.

Variable turbine / compressor geometry according to one of claims 1 to 4, characterized in that the channel ( 17 ) parallel, in particular coaxial, to the blade journal ( 7 ) runs.

Guide vane ( 6 ) with scoop pins ( 7 ) for a variable turbine / compressor geometry ( 5 ) according to one of claims 1 to 5, with a blade ( 7 ) and the vane ( 6 ) from the inside ( 11 ) to the outside ( 9 ) passing channel ( 17 ).

Guide vane according to claim 6, characterized in that the channel ( 17 ) is made through a bore.

Guide vane according to claim 6, characterized in that the vane ( 6 ) with the blade journal ( 7 ) and the channel ( 17 ) is produced by a casting process.

Charging device ( 1 ), in particular exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, preferably of a motor vehicle, with a variable turbine / compressor geometry ( 5 ) according to one of the preceding claims.