DE102012003214A1 - Abgasturbolader, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Abgasturbolader, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine Download PDF

Info

Publication number
DE102012003214A1
DE102012003214A1 DE201210003214 DE102012003214A DE102012003214A1 DE 102012003214 A1 DE102012003214 A1 DE 102012003214A1 DE 201210003214 DE201210003214 DE 201210003214 DE 102012003214 A DE102012003214 A DE 102012003214A DE 102012003214 A1 DE102012003214 A1 DE 102012003214A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
exhaust gas
gas turbocharger
turbine wheel
turbine
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE201210003214
Other languages
English (en)
Inventor
Tobias Scheuermann
Sebastian Kunze
Manfred Guthörle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Charging Systems International GmbH
Original Assignee
IHI Charging Systems International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Charging Systems International GmbH filed Critical IHI Charging Systems International GmbH
Priority to DE201210003214 priority Critical patent/DE102012003214A1/de
Publication of DE102012003214A1 publication Critical patent/DE102012003214A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/141Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
    • F01D17/143Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path the shiftable member being a wall, or part thereof of a radial diffuser
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/167Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes of vanes moving in translation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/24Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/40Application in turbochargers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem einen Aufnahmeraum (16) aufweisenden Turbinengehäuse (14), in dessen Aufnahmeraum (16) ein Turbinenrad (18) des Abgasturboladers (10) zumindest bereichsweise aufgenommen ist, und mit einer stromauf des Turbinenrads (18) angeordneten Leiteinrichtung (24), welche wenigstens ein Befestigungselement (28) und wenigstens ein separat von dem Befestigungselement (28) ausgebildetes und an dem Befestigungselement (28) angeordnetes Leitelement (26) zum Ableiten von das Turbinenrad (18) anströmendem Abgas aufweist, wobei das Leitelement (26) über das Befestigungselement (28) an einem Gehäuseteil (30) des Abgasturboladers (10) gehalten ist. Erfindungsgemäß ist wenigstens ein Verbindungskanal (46) vorgesehen, über welchen eine zumindest teilweise in axialer Richtung weisende, erste Stirnseite (48) des Leitelements (26) zumindest mittelbar mit einem in dem Aufnahmeraum (16) herrschenden mittleren Druck (pm) beaufschlagbar ist, wobei der mittlere Druck (pm) näherungsweise einen Mittelwert eines Wertes eines ersten Druckes (p4) im Aufnahmeraum (16) und eines Wertes eines zweiten Druckes (p3) stromauf des Turbinenrades (18) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und der im Oberbegriff des Patentanspruchs 9 angegebenen Art.
  • Ein solcher Abgasturbolader ist der DE 10 2009 006 278 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Abgasturbolader umfasst ein Turbinengehäuse, das einen Aufnahmeraum aufweist. In dem Aufnahmeraum ist ein Turbinenrad um eine Drehachse relativ zum Turbinengehäuse drehbar zumindest bereichsweise aufgenommen. Der Abgasturbolader umfasst ferner eine stromauf des Turbinenrads angeordnete Leiteinrichtung mit wenigstens einem Befestigungselement und mit wenigstens einem separat von dem Befestigungselement ausgebildeten Leitelement. Das Leitelement ist an dem Befestigungselement angeordnet und dient zum Ableiten von das Turbinenrad anströmendem und das Turbinengehäuse durchströmendem Abgas. Das Leitelement ist dabei über das Befestigungselement an einem Gehäuseteil des Abgasturboladers gehalten. Dabei ist das Leitelement teilweise in dem Befestigungselement angeordnet bzw. in diesem aufgenommen.
  • Der Abgasturbolader umfasst auch ein axial verschiebbares Verstellelement mit wenigstens einer, mit dem Leitelement korrespondierenden Aufnahme, in welcher das Leitelement in wenigstens einer Stellung des Verstellelements zumindest bereichsweise aufnehmbar ist.
  • Zur Realisierung einer hohen Funktionserfüllungssicherheit ist prinzipbedingt ein Funktionsspalt zwischen dem Leitelement und dem Verstellelement vonnöten. Dadurch kann die Gefahr eines Verklemmens des Verstellelements mit dem Leitelement und/oder eine anderweitige Fehlfunktion des Verstellelements insbesondere aufgrund von temperaturbedingten, unterschiedlichen Ausdehnungsverhalten des Verstellelements und des Leitelements besonders gering gehalten werden. Dies führt zu einer hohen Funktionserfüllungssicherheit des Verstellelements und damit des gesamten Abgasturboladers.
  • Die separate Ausgestaltung des Leitelements vom Befestigungselement ermöglicht es nun, den Funktionsspalt besonders gering zu halten. Dadurch können Strömungsverluste des Abgasturboladers gering gehalten werden, was einem effizienten Betrieb des Abgasturboladers zuträglich ist.
  • Dem effizienten Betrieb kommt auch eine feste Halterung des separat vom Befestigungselement ausgebildeten Leitelements am Befestigungselement zugute. Dadurch können Strömungsverluste vermieden oder zumindest gering gehalten werden. Der Abgasturbolader weist dennoch einen hinsichtlich seiner Effizienz weiter verbesserungswürdigen Betrieb auf.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Abgasturbolader einen noch effizienteren Betrieb aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
  • Zur Realisierung einer besonders vorteilhaften Halterung des wenigstens einen Leitelements am Befestigungselement ist erfindungsgemäß wenigstens ein Verbindungskanal vorgesehen, über welchen eine zumindest teilweise in axialer Richtung weisende, erste Stirnseite des Leitelements zumindest mittelbar mit einem mittleren Druck beaufschlagbar ist, wobei der mittlere Druck näherungsweise einen Mittelwert eines Wertes eines ersten Druckes stromab des Turbinenrades und eines Wertes eines zweiten Druckes stromauf des Turbinenrades aufweist.
  • Durch diese Druckbeaufschlagung der ersten Stirnseite wird das Leitelement definiert an dem Befestigungselement, insbesondere in Kontakt mit diesem, gehalten, so dass Strömungsverluste infolge von Leckageströmungen zwischen dem Leitelement und dem Befestigungselement vermieden oder zumindest gering gehalten werden können. Das Abgas kann somit nicht oder in nur sehr geringen Mengen zwischen dem Leitelement und dem Befestigungselement hindurch und zumindest im Wesentlichen ungerichtet in den Aufnahmeraum strömen.
  • Dies bedeutet, dass ein zumindest überwiegender Teil des Abgases über das Leitelement in den Aufnahmeraum und zu dem Turbinenrad strömt, mittels des Leitelements vorteilhaft abgeleitet bzw. umgelenkt wird und in der Folge das Turbinenrad strömungsgünstig anströmen und somit effizient antreiben kann. Daraus resultiert ein besonders effizienter Betrieb des Abgasturboladers.
  • Gleichzeitig weist der erfindungsgemäße Abgasturbolader den Vorteil auf, dass das Leitelement separat vom Befestigungselement ausgebildet ist. Dadurch ist das Leitelement sehr flexibel ausgebildet und kann sich insbesondere thermisch bedingt während des Betriebs des Abgasturboladers insbesondere in radialer Richtung und in Umfangsrichtung des Turbinenrads positionieren, so dass seine Position bezogen auf das Verstellelement veränderbar ist.
  • Dadurch kann ein Funktionsspalt zwischen dem Leitelement und einem gegebenenfalls vorhandenen und in axialer Richtung relativ zu dem Leitelement verschiebbaren Verstellelement, in welchem das Leitelement in wenigstens einer Stellung des Verstellelement zumindest bereichsweise aufnehmbar ist, besonders gering gehalten werden, so dass auch Strömungsverluste zwischen dem Verstellelement und dem Leitelement vermieden oder zumindest sehr gering sind. Dadurch kann das Abgas nicht oder nur in sehr geringen Mengen zwischen dem Leitelement und dem Verstellelement hindurch und ungerichtet zu dem Turbinenrad strömen. Dies bedeutet, dass zumindest ein überwiegender Teil des Abgases mittels des Leitelements abgeleitet bzw. umgelenkt wird und das Turbinenrad strömungsgünstig anströmen kann. Dies kommt dem effizienten Betrieb des Abgasturboladers zugute.
  • Trotz der Möglichkeit, den Funktionsspalt zwischen dem Verstellelement und dem Leitelement besonders gering zu gestalten, ist insbesondere aufgrund der separaten Ausgestaltung des Leitelements vom Befestigungselement die Gefahr eines Verklemmens des Leitelements mit dem Verstellelement und/oder eine anderweitige Fehlfunktion des Verstellelements besonders gering. Dies führt zu einer hohen Funktionserfüllungssicherheit des Abgasturboladers.
  • Vorzugsweise weist die erste Stirnseite in axialer Richtung von einem Turbinenaustritt des Abgasturboladers weg. Das das Turbinenrad anströmende und antreibende Abgas strömt das Turbinenrad in Richtung des Turbinenaustritts ab. Durch diese Ausrichtung der ersten Stirnseite ist eine besonders definierte Halterung des Leitelements am Befestigungselement realisiert, wodurch sich die Strömungsverluste zwischen dem Leitelement und dem Befestigungselement vermeiden oder gering halten lassen. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mündet der Verbindungskanal gegenüber einem Radrücken des Turbinenrads in den Aufnahmeraum. Mit anderen Worten mündet der Verbindungskanal dabei in einen Teilbereich des Aufnahmeraums in den Aufnahmeraum, wobei der Teilbereich zumindest bereichsweise vom Radrücken des Turbinenrads begrenzt wird. In diesem Teilbereich herrscht der besonders vorteilhafte mittlere Druck, mittels welchem sich besonders vorteilhafte Kontakt- und Haltebedingungen des Leitelements am Befestigungselement realisieren lassen.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der Verbindungskanal zumindest teilweise mittels des Befestigungselements begrenzt. Dies hält die Teileanzahl und die Kosten des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gering.
  • Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine der ersten Stirnseite des Leitelements in axialer Richtung abgewandte, zweite Stirnseite des Leitelements mit dem im Turbinengehäuse stromauf des Turbinenrades herrschenden, zweiten Druck beaufschlagbar ist, welcher größer ist als der erste Druck. Dadurch wird das Leitelement in einer definierten Richtung, d. h. in Richtung des Verbindungskanals gedrückt und so definiert an dem Befestigungselement gehalten. Gleichzeitig kann sich das Leitelement aufgrund der vom Befestigungselement separaten Ausgestaltung besonders vorteilhaft positionieren bzw. verschieben. Das heißt, dass eine flexible Positionierung zwischen dem Leitelement und dem Befestigungselement erzielbar ist.
  • Das Leitelement ist beispielsweise als Leitschaufel ausgebildet und weist ein Tragflächenprofil auf. Dadurch kann das Abgas besonders vorteilhaft abgeleitet werden.
  • Vorzugsweise umfasst die Leiteinrichtung eine Mehrzahl von Leitelementen, welche in Umfangsrichtung des Turbinenrads über dessen Umfang insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnet und welche jeweils separat von dem Befestigungselement ausgebildet sind. Dabei kann das zuvor, bezüglich des wenigstens einen Leitelements, Geschilderte ohne weiteres auf alle Leitelemente der Leiteinrichtung angewendet bzw. übertragen werden.
  • Dadurch dass der zweite Druck der stromauf des Turbinenrades im Turbinengehäuse herrschende Druck ist, ist eine sehr vorteilhafte Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck geschaffen, woraus besonders definierte Haltebedingungen des Leitelements am Befestigungselement resultieren.
  • In weiterer vorteilhalter Ausgestaltung ist das Befestigungselement schwimmend am Gehäuseteil gelagert. Durch die schwimmende Lagerung kann insbesondere der Funktionsspalt zwischen dem Leitelement und dem gegebenenfalls vorhandenen Verstellelement sowie die Gefahr eines Verklemmens des Verstellelements mit dem Leitelement besonders gering gehalten werden.
  • Insbesondere ermöglicht es die schwimmende Lagerung, unterschiedliche und insbesondere thermisch bedingte Ausdehnungsverhalten des Verstellelements und der Leiteinrichtung zu kompensieren, durch eine Verschiebung des Verstellelements und der Leiteinrichtung relativ zueinander.
  • Das Gehäuseteil, an welchem die Leiteinrichtung gehalten ist, ist vorzugsweise ein Lagergehäuse des Abgasturboladers. An dem Lagergehäuse ist das Turbinenrad um eine Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse drehbar gelagert. Die Befestigung der Leiteinrichtung am Lagergehäuse birgt den Vorteil, dass eine Temperaturbeaufschlagung der Leiteinrichtung über das Lagergehäuse während des Betriebs des Abgasturboladers relativ gering ist, so dass sich thermisch bedingte Verformungen gering halten lassen.
  • Zur Erfindung gehört auch ein Abgasturbolader, bei welchem das Leitelement zumindest teilweise in dem Befestigungselement aufgenommen ist, wobei zwischen dem Befestigungselement und dem Leitelement in Umfangsrichtung des Turbinenrads und in radialer Richtung jeweils wenigstens ein Spiel vorgesehen ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Abgasturboladers des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des Abgasturboladers des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
  • Mit anderen Worten ist die Halterung bzw. Lagerung des Leitelements am Befestigungselement in Umfangsrichtung und in radialer Richtung spielbehaftet. Dadurch kann das Leitelement thermisch bedingten Verformungen, insbesondere des Verstellelements, folgen bzw. nachgeben, ohne dass es zu einer ungünstigen Verspannung der Leiteinrichtung kommt. Dies hält thermisch bedingte Verformungen der Leiteinrichtung gering, so dass thermisch bedingte Strömungsverluste vermieden oder zumindest gering gehalten werden können. Ferner ist es dadurch möglich, den Funktionsspalt zwischen dem Leitelement und dem Verstellelement sehr gering auszugestalten, was dem effizienten Betrieb des Abgasturboladers zugute kommt. Gleichzeitig kann der Verschleiß oder die Gefahr eines Verklemmens des Verstellelements mit der Leiteinrichtung gering gehalten werden. Dies ist der Funktionserfüllungssicherheit des erfindungsgemäßen Abgasturboladers zuträglich.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Die Zeichnung zeigt in:
  • 1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht eines Abgasturboladers für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einer Leiteinrichtung, welche Leitschaufeln als Leitelemente und ein zumindest im Wesentlichen ringförmiges Befestigungselement umfasst, welches separat von den Leitschaufeln ausgebildet ist und über welches die Leitschaufeln an einem Lagergehäuse des Abgasturboladers gehalten sind; und
  • 2 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Leiteinrichtung gemäß 1.
  • Die 1 zeigt einen Abgasturbolader 10 für eine beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens. Der Abgasturbolader 10 umfasst eine Turbine 12 mit einem Turbinengehäuse 14. Das Turbinengehäuse 14 weist einen Aufnahmeraum 16 auf, in welchem ein Turbinenrad 18 der Turbine 12 um eine Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse 14 drehbar zumindest bereichsweise aufgenommen ist. Das Turbinengehäuse 14 weist ferner wenigstens einen Zuführkanal 20 auf, welcher fluidisch mit wenigstens einem Brennraum, insbesondere einem Zylinder, der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist. Dadurch kann Abgas aus dem Brennraum in den Zuführkanal 20 ein- und den Zuführkanal 20 durchströmen.
  • Der Zuführkanal 20 erstreckt sich in Umfangsrichtung des Turbinenrads 18 über dessen Umfang zumindest bereichsweise umlaufend und ist beispielsweise als Spirale ausgebildet. Über den Zuführkanal 20 kann das den Zuführkanal 20 durchströmende Abgas dem Turbinenrad 18 und somit dem Aufnahmeraum 16 zugeführt werden.
  • Das Abgas strömt das Turbinenrad 18 an und treibt dieses an, so dass sich das Turbinenrad 18 um die Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse 14 dreht. Nach Antreiben des Turbinenrads 18 strömt das Abgas das Turbinenrad 18 ab und strömt in einen Turbinenaustritt 22 des Abgasturboladers 10 bzw. der Turbine 12. In dem Turbinenaustritt 22 stromab des Turbinenrads 18 herrscht ein so genannter Turbinenaustrittsdruck, im Weiteren als erster Druck p4 bezeichnet. Stromauf des Turbinenrads 18 herrscht ein insbesondere von dem Abgas bewirkter so genannter Turbineneintrittsdruck, im Weiteren als zweiter Druck p3 bezeichnet.
  • Zur Darstellung eines effizienten Betriebs des Abgasturboladers 10 ist eine Leiteinrichtung 24 vorgesehen, welche eine Mehrzahl von Leitschaufeln 26 und ein zumindest im Wesentlichen ringförmiges Befestigungselement 28 umfasst. Die Leitschaufeln 26, von denen in der 1 lediglich eine der Leitschaufeln 26 erkennbar ist, leiten das Abgas ab, so dass das Abgas das Turbinenrad 18 strömungsgünstig anströmt und effizient antreibt.
  • Der Abgasturbolader 10 umfasst auch ein Lagergehäuse 30, welches mit dem Turbinengehäuse 14 vorliegend über wenigstens eine V-Bandschelle 32 verbunden ist. An dem Lagergehäuse 30 ist eine Welle 34 des Abgasturboladers 10 relativ zum Lagergehäuse 30 und relativ zum Turbinengehäuse 14 um die Drehachse drehbar gelagert. Mit der Welle 34 ist das Turbinenrad 18 drehfest verbunden, so dass das Turbinenrad 18 die Welle 34 antreibt.
  • Der Abgasturbolader 10 umfasst ferner einen in der 1 nicht dargestellten Verdichter mit einem Verdichtergehäuse, welches ebenso mit dem Lagergehäuse 30 verbunden ist. In dem Verdichtergehäuse ist ein Verdichterrad aufgenommen, welches relativ zu dem Verdichterrad um die Drehachse drehbar ist. Das Verdichterrad ist ebenso drehfest mit der Welle 34 verbunden, so dass das Verdichterrad über die Welle 34 vom Turbinenrad 18 angetrieben wird.
  • Der Verdichter dient zum Verdichten von der Verbrennungskraftmaschine zuzuführender Luft, so dass die Verbrennungskraftmaschine effizient und kraftstoffverbrauchsarm antreibbar ist.
  • Der Abgasturbolader 10 umfasst auch ein Hitzeschild 35, mittels welchem das Lagergehäuse 30 vor einer allzu hohen Wärmebeaufschlagung von dem das Turbinengehäuse 14 durchströmende Abgas geschützt werden kann.
  • Darüber hinaus umfasst der Abgasturbolader 10 bzw. dessen Turbine 12 eine Verstelleinrichtung 36 mit einem Axialschieber 38, welcher in axialer Richtung des Abgasturboladers 10 bzw. der Turbine 12 relativ zu dem Turbinengehäuse 14 verschiebbar ist. Dabei ist der Axialschieber 38 an dem Turbinengehäuse 14 gehalten. Der Axialschieber 38 umfasst ein Matrizenelement 40 mit jeweils mit den Leitschaufeln 26 korrespondierenden Aufnahmen 42, in welchen die jeweils korrespondierenden Leitschaufeln 26 in wenigstens einer Stellung des Axialschiebers 38 zumindest bereichsweise aufnehmbar sind.
  • Gemäß 1 sind die Leitschaufeln 26 bereichsweise in dem Matrizenelement 40 aufgenommen und dadurch in radialer Richtung des Turbinenrads 18 beidseitig, d. h. sowohl auf einer dem Turbinenrad 18 zugewandten Seite als auch auf einer dem Turbinenrad 18 abgewandten Seite abgedeckt bzw. überdeckt.
  • Durch Verschieben des Axialschiebers 38 kann ein effektiver Strömungsquerschnitt der Turbine 12, über den das Abgas vom Zuführkanal 20 das Turbinenrad 18 anströmt, variabel und bedarfsgerecht eingestellt werden. Dadurch kann die Turbine 12 an unterschiedliche Abgasmassenströme bedarfsgerecht angepasst und dadurch effizient betrieben werden.
  • Prinzipbedingt ist zwischen den Leitschaufeln 26 und dem Matrizenelement 40 bzw. dem Axialschieber 38 ein jeweiliger Funktionsspalt 44 vorgesehen. Der Funktionsspalt 44 verhindert ein Verklemmen des Axialschiebers 38 mit den Leitschaufeln 26 beispielsweise infolge von unterschiedlichen, thermisch bedingten Ausdehnungen der Leiteinrichtung 24 und des Axialschiebers 38.
  • Um nun den Funktionsspalt 44 zwischen den jeweiligen Leitschaufeln 26 und dem Axialschieber 38 besonders gering zu halten, sind die Leitschaufeln 26 allesamt separat vom Befestigungselement 28 ausgebildet. Zur Lagersicherung der Leitschaufeln 26 sind diese teilweise im Befestigungselement 28 aufgenommen und am Befestigungselement 28 gehalten. Dadurch sind die Leitschaufeln 26 über das Befestigungselement 28 am Lagergehäuse 30 gehalten. Ferner können die Leitschaufeln 26 auch alle separat voneinander ausgebildet sein.
  • Zur Darstellung einer besonders definierten Halterung der Leitschaufeln 26 am Befestigungselement 28 ist ein Verbindungskanal 46 vorgesehen, welcher einerseits in den Aufnahmeraum 16 und andererseits an einer in axialer Richtung weisenden, jeweiligen, ersten Stirnseite 48 der Leitschaufeln 26 mündet. Dadurch ist die jeweilige, erste Stirnseite 48 mit einem im Aufnahmeraum 16 herrschenden mittlerer Druck pm beaufschlagt, wobei der mittlere Druck pm näherungsweise einem Mittelwert des Wertes des ersten Druckes p4 und eines Wertes des zweiten Druckes p3 entspricht.
  • Die Leitschaufeln 26 weisen auch eine jeweilige, zweite Stirnseite 50 auf, welche in axialer Richtung der jeweiligen, ersten Stirnseite 48 abgewandt ist. Über einen Durchtrittskanal 52 herrscht in einem Verstellraum 54 der Turbine 12, in welchem der Axialschieber 38 zumindest bereichsweise aufnehmbar ist, der zweite Druck p3, welcher größer ist als der mittlere Druck pm, mit dem die erste Stirnseite 48 beaufschlagt wird. Mit anderen Worten wirkt auf die zweite Stirnseite 50 während des Betriebs des Abgasturboladers 10 überwiegend der zweite Druck p3, während auf die erste Stirnseite 48 der mittlere Druck pm wirkt.
  • Dadurch, dass der zweite Druck p3 größer ist als der mittlere Druck pm, stellt sich zwischen den Stirnseiten 48, 50 eine Druckdifferenz Δp ein, woraus durch eine entsprechende Ausgestaltung der Flächen der Stirnseiten 48, 50 eine auf die Leitschaufeln 26 wirkende Kraft resultiert. Die auf die Leitschaufeln 26 wirkende Kraft ist dabei in Richtung des Lagergehäuses 30 und damit in Richtung des Verdichters gerichtet. Die Kraft drückt somit die Leitschaufeln 26 in Richtung des Verdichters gegen das Befestigungselement 28, so dass die Leitschaufeln 26 definiert am Befestigungselement 28 gehalten werden. Dadurch können Strömungsverluste zwischen den Leitschaufeln 26 und dem Befestigungselement 28 hindurch auf einfache und kostengünstige Weise vermieden oder zumindest gering gehalten werden. Dies kommt dem effizienten Betrieb des Abgasturboladers 10 zugute.
  • Wie der 1 zu entnehmen ist, mündet der Verbindungskanal 46, welcher zumindest teilweise mittels des Befestigungselements 28 begrenzt ist, gegenüber einem Radrücken 55 des Turbinenrads 18 in einen Teilbereich 56 des Aufnahmeraums 16.
  • Der Verbindungskanal 46 verläuft in einem Teilabschnitt 58 des Verbindungskanals 46 vollständig in dem Befestigungselement 28 und wird somit in dem Teilabschnitt 58 vollständig mittels des Befestigungselements 28 gebildet. Der Verbindungskanal 46 kann dabei in dem Teilabschnitt 58 durch eine Bohrung des Befestigungselements 28 gebildet sein.
  • Die 2 zeigt eine weitere Möglichkeit der Halterung der separat vom Befestigungselement 28 ausgebildeten Leitschaufeln 26 am Befestigungselement 28, um Strömungsverluste zwischen den Leitschaufeln 26 und dem Befestigungselement 28 sowie den Funktionsspalt 44 zwischen den Leitschaufeln 26 und dem Axialschieber 38 und somit dortige Strömungsverluste besonders gering zu halten.
  • Wie der 2 zu entnehmen ist, sind die Leitschaufeln 26 in einem jeweiligen, weiteren Teilbereich 59 im Befestigungselement 28 aufgenommen. Dadurch werden die Leitschaufeln 26 in einer vorgebbaren und bestimmten Position über das Befestigungselement 28 gehalten. Im weiteren Teilbereich 59 ist zwischen dem Befestigungselement 28 und den jeweiligen Leitschaufeln 26 ein jeweiliges Spiel 60 in radialer Richtung und in Umfangsrichtung vorgesehen, um thermische Ausdehnungen der separat vom Befestigungselement 28 ausgebildeten Leitschaufeln 26 zu kompensieren. So können die Leitschaufeln 26 thermischen Verformungen nachgeben bzw. folgen, ohne dass es zu Verspannungen sowie zu einem Verklemmen des Axialschiebers 38 kommt. Auch dadurch kann der Funktionsspalt 44 gering gehalten werden, was dem effizienten Betrieb des Abgasturboladers 10 zugute kommt. Ferner ermöglicht das Spiel 60 die Kompensation von thermisch bedingten Verformungen, und der Verschleiß insbesondere des Axialschiebers 38 kann gering gehalten werden.
  • 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
    • DE 102009006278 A1 [0002]

Claims (9)

  1. Abgasturbolader, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem einen Aufnahmeraum (16) aufweisenden Turbinengehäuse (14), in dessen Aufnahmeraum (16) ein Turbinenrad (18) des Abgasturboladers (10) zumindest bereichsweise aufgenommen ist, und mit einer stromauf des Turbinenrads (18) angeordneten Leiteinrichtung (24), welche wenigstens ein Befestigungselement (28) und wenigstens ein separat von dem Befestigungselement (28) ausgebildetes und an dem Befestigungselement (28) angeordnetes Leitelement (26) zum Ableiten von das Turbinenrad (18) anströmendem Abgas aufweist, wobei das Leitelement (26) über das Befestigungselement (28) an einem Gehäuseteil (30) des Abgasturboladers (10) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Verbindungskanal (46) vorgesehen ist, über welchen eine zumindest teilweise in axialer Richtung weisende, erste Stirnseite (48) des Leitelements (26) zumindest mittelbar mit einem in dem Aufnahmeraum (16) herrschenden mittleren Druck (pm) beaufschlagbar ist, wobei der mittlere Druck (pm) näherungsweise einen Mittelwert eines Wertes eines ersten Druckes (p4) stromab des Turbinenrades (18) und eines Wertes eines zweiten Druckes (p3) stromauf des Turbinenrades (18) aufweist.
  2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stirnseite (48) in axialer Richtung von einem Turbinenaustritt (22) des Abgasturboladers (10) weg weist.
  3. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (46) gegenüber einem Radrücken (55) des Turbinenrads (18) in den Aufnahmeraum (16) mündet.
  4. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (46) zumindest teilweise mittels des Befestigungselements (28) begrenzt ist.
  5. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der ersten Stirnseite (48) des Leitelements (26) in axialer Richtung abgewandte, zweite Stirnseite (50) des Leitelements (26) mit einem in dem Turbinengehäuse (14) herrschenden, zweiten Druck (p3) beaufschlagbar ist, welcher größer ist als der mittlere Druck (pm).
  6. Abgasturbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Druck (pm) ein stromauf des Turbinenrads (18) herrschender, zweiter Druck (p3) ist.
  7. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (28) schwimmend am Gehäuseteil (30) gelagert ist.
  8. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (30) ein Lagergehäuse (30) des Abgasturboladers (10) ist.
  9. Abgasturbolader, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem einen Aufnahmeraum (16) aufweisenden Turbinengehäuse (14), in dessen Aufnahmeraum (16) ein Turbinenrad (18) des Abgasturboladers (10) zumindest bereichsweise aufgenommen ist, und mit einer stromauf des Turbinenrads (18) angeordneten Leiteinrichtung (24), welche wenigstens ein Befestigungselement (28) und wenigstens ein separat von dem Befestigungselement (28) ausgebildetes und an dem Befestigungselement (28) angeordnetes Leitelement (26) zum Ableiten von das Turbinenrad (18) anströmendem Abgas aufweist, wobei das zumindest teilweise in dem Befestigungselement (28) aufgenommene Leitelement (26) über das Befestigungselement (28) an einem Gehäuseteil (30) des Abgasturboladers (10) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Befestigungselement (28) und dem Leitelement (26) in Umfangsrichtung des Turbinenrads (18) und in radialer Richtung jeweils ein Spiel (60) vorgesehen ist.
DE201210003214 2012-02-17 2012-02-17 Abgasturbolader, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine Withdrawn DE102012003214A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210003214 DE102012003214A1 (de) 2012-02-17 2012-02-17 Abgasturbolader, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210003214 DE102012003214A1 (de) 2012-02-17 2012-02-17 Abgasturbolader, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012003214A1 true DE102012003214A1 (de) 2013-08-22

Family

ID=48914938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201210003214 Withdrawn DE102012003214A1 (de) 2012-02-17 2012-02-17 Abgasturbolader, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102012003214A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11441435B2 (en) 2016-11-15 2022-09-13 Cummins Ltd Vane arrangement for a turbo-machine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1420152A2 (de) * 2002-11-18 2004-05-19 BorgWarner Turbo Systems GmbH Abgasturbolader
DE102009006278A1 (de) 2009-01-27 2010-07-29 Daimler Ag Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine
EP2226484A1 (de) * 2007-12-12 2010-09-08 IHI Corporation Turbolader
DE102009050951A1 (de) * 2009-10-28 2011-05-05 Daimler Ag Turbine für einen Abgasturbolader

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1420152A2 (de) * 2002-11-18 2004-05-19 BorgWarner Turbo Systems GmbH Abgasturbolader
EP2226484A1 (de) * 2007-12-12 2010-09-08 IHI Corporation Turbolader
DE102009006278A1 (de) 2009-01-27 2010-07-29 Daimler Ag Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102009050951A1 (de) * 2009-10-28 2011-05-05 Daimler Ag Turbine für einen Abgasturbolader

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11441435B2 (en) 2016-11-15 2022-09-13 Cummins Ltd Vane arrangement for a turbo-machine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1736635B1 (de) Luftführungssystem zwischen Verdichter und Turbine eines Gasturbinentriebwerks
DE102016100900B4 (de) Verstellvorrichtung für einen Abgasturbolader und Abgasturbolader
EP2137382B1 (de) Statorhitzeschild
WO2009092635A2 (de) Ladeeinrichtung
DE102013213518A1 (de) Turbofan-Triebwerk
DE102007056154A1 (de) Ladeeinrichtung
EP1483482A1 (de) Leitschaufelbefestigung in einem strömungskanal einer fluggasturbine
DE102007023142A1 (de) Strömungsverdichter für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Abgasturbolader mit einem solchen Strömungsverdichter
EP2785982A1 (de) Fluidenergiemaschine, insbesondere für einen abgasturbolader, mit schräg angeordnetem, drehbarem leitelement
WO2007033649A1 (de) Kühlsystem für verdichtergehäuse
DE102012206302A1 (de) Variable Turbinen-/Verdichtergeometrie
DE102013227025A1 (de) Axiallüfter
DE102008060251B4 (de) Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie
DE102012103412A1 (de) Turbine für einen Abgasturbolader
DE102010053497A1 (de) Abgasturbolader, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102012003214A1 (de) Abgasturbolader, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102008022627A1 (de) Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine
DE102012006711A1 (de) Abgasturbolader
DE102015117750A1 (de) Regelvorrichtung für einen Abgasturbolader
DE102011111702A1 (de) Turbine für einen Abgasturbolader
DE102012108975A1 (de) Verstellbarer Leitapparat für einen Abgasturbolader und Abgasturbolader
DE102009041125A1 (de) Gasdynamische Druckwellenmaschine
DE102012001603B4 (de) Abgasturbolader
DE102013103507A1 (de) Regelvorrichtung für einen Abgasführungsabschnitt einer Turbine
EP1724443A1 (de) Düsenring

Legal Events

Date Code Title Description
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: F02B0037240000

Ipc: F01D0009020000

R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: IHI CHARGING SYSTEMS INTERNATIONAL GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: IHI CHARGING SYSTEMS INTERNATIONAL GMBH, 69126 HEIDELBERG, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: HEEB-KELLER, ANNETTE, DR., DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee