DE102014210507A1 - Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einem Turbinenrad, das um eine Drehachse drehbar in einem Turbinengehäuse gelagert ist, wobei sich radial um das Turbinenrad ein von Abgas der Brennkraftmaschine durchflutbarer erster Spiralkanal im Turbinengehäuse erstreckt zur Zuführung von Abgas auf das Turbinenrad, wobei das Abgas in Strömungsrichtung des Abgases nach der Turbine in einem Abströmkanal aus dem Turbinengehäuse hinaus strömt, wobei der Spiralkanal und der Abströmkanal über zumindest ein erstes Wastegate Abgas führend verbindbar sind, wobei eine Abgasmenge durch das erste Wastegate mit einem rohrförmigen, radial außerhalb des Abströmkanals im Turbinengehäuse axial schiebebeweglichem angeordneten Schieber einstellbar ist, wobei für eine Abdichtung zwischen dem Abströmkanal und dem ersten Spiralkanal spiralkanalseitig an dem Schieber ein Axialbund vorgesehen ist der gegen eine ringförmige Dichtfläche im Turbinengehäuse durch Axialverschiebung des Schiebers dichtet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Abgasturboladers wird eine einfache, kostengünstige und dauerhaltbare Abdichtung erzielt.Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, with a turbine wheel which is mounted rotatably about an axis of rotation in a turbine housing, wherein radially around the turbine a durchflutbarer by exhaust gas of the internal combustion engine first spiral channel in the turbine housing extends for supplying exhaust gas to the turbine wheel, wherein the exhaust gas in the flow direction the exhaust gas flows out of the turbine housing after the turbine in an outflow channel, wherein the spiral channel and the outflow channel are conductively connected via at least a first wastegate exhaust gas, wherein an amount of exhaust gas through the first wastegate arranged with a tubular, radially outwardly of the outflow channel in the turbine housing axially slidingly movable Slider is adjustable, wherein for a seal between the outflow channel and the first spiral channel spiral channel on the slide an axial collar is provided against an annular sealing surface in the turbine housing by axial displacement of the slide He writes poetry. The inventive design of the exhaust gas turbocharger a simple, inexpensive and durable seal is achieved.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine with the features of the preamble of patent claim 1.

Üblicherweise wird das Wastegate eines konventionellen Abgasturboladers durch eine drehbare Klappe gesteuert, die durch eine Unterdruckdose oder einen elektrischen Steller bewegt wird. Alternativ wird in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 102 186 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, ein Rohrschieber vorgeschlagen, der axial verschoben wird und somit das Abgas durch das Wastegate in den Turbinenaustritt strömen lässt. Dabei wird eine Ejektorwirkung (ein Ejektor ist eine Art Strahlpumpe, die ein Vakuum nach dem Venturi-Prinzip erzeugt) erzielt, die den Abgasgegendruck nach der Turbine des Abgasturboladers absenkt.Usually, the wastegate of a conventional exhaust gas turbocharger is controlled by a rotatable flap which is moved by a vacuum box or an electric actuator. Alternatively, in the German Offenlegungsschrift DE 10 2012 102 186 A1 , from which the present invention proceeds, proposed a pipe slide which is displaced axially and thus allows the exhaust gas to flow through the wastegate into the turbine outlet. In this case, an ejector effect (an ejector is a kind of jet pump, which generates a vacuum according to the Venturi principle) is achieved, which lowers the exhaust gas back pressure to the turbine of the exhaust gas turbocharger.

Desweiteren ist bei einem zweiflutigen Abgasturbolader (Twin-Scroll-Abgasturbolader) der Abgasgegendruck im Nennleistungspunkt der Brennkraftmaschine sehr hoch, da dem Abgas jeweils nur der halbe Turbinenquerschnitt zur Durchströmung des Abgasturboladers zur Verfügung steht. Durch eine Aufhebung der Trennung der zwei Fluten entsprechend der deutschen Offenlegungsschrift DE 31 45 835 A1 kann dieser Abgasgegendruck in vorteilhafter Weise gesenkt werden.Furthermore, in a dual-flow exhaust gas turbocharger (twin-scroll turbocharger), the exhaust back pressure in the rated power point of the internal combustion engine is very high, since the exhaust gas only half the turbine cross-section is available to flow through the exhaust gas turbocharger. By repealing the separation of the two floods according to the German patent application DE 31 45 835 A1 This exhaust back pressure can be lowered in an advantageous manner.

Bei kleinen Öffnungswinkeln, im Übergangsbereich zwischen geschlossener und voll offener Stellung der Wastegate-Klappe, bewegt sich die konventionelle Wastegate-Klappe auf dem Klappensitz, wodurch Klappergeräusche und Schwingungsbrüche entstehen. Außerdem führen die bewegten Teile im heißen Abgas zu Problemen mit der Dauerhaltbarkeit. Der aus der DE 10 2012 102 186 A1 bekannte Rohrschieber leidet unter dem Problem, dass er bei geschlossenem Wastegate nicht gasdicht ist. Darüber hinaus ist es schwierig, ihn für eine zweiflutige Turbine darzustellen, da die Trennung der zwei Fluten auf der Abgas-Eintrittsseite gestört wird.At small opening angles, in the transition region between the closed and fully open position of the wastegate flap, the conventional wastegate flap moves on the flap seat, causing rattling noises and vibration fractures. In addition, the moving parts in the hot exhaust lead to durability problems. The from the DE 10 2012 102 186 A1 known pipe slide suffers from the problem that it is not gas-tight when the wastegate is closed. In addition, it is difficult to represent it for a twin-flow turbine, since the separation of the two floods on the exhaust gas inlet side is disturbed.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, oben genannte Nachteile zu vermeiden.Object of the present invention is to avoid the above-mentioned disadvantages.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features in the characterizing part of patent claim 1.

Bei geschlossenem Wastegate erfolgt durch die Dichtfläche und den Axialbund eine einwandfreie Abdichtung, sodass keine, die Leistung der Brennkraftmaschine reduzierende Abgas-Leckage vorliegt. Auch die störenden Klappergeräusche einer konventionellen Abgasklappe sind vollständig vermieden.When the wastegate is closed by the sealing surface and the Axialbund a perfect seal, so there is no, reducing the performance of the internal combustion engine exhaust gas leakage. The disturbing rattling noises of a conventional exhaust flap are completely avoided.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous developments of the invention are described in the subclaims.

Durch die Ausgestaltung gemäß der Patentansprüche 2 und 3 kann bei einer zweiflutigen Ausführung mit zwei Wastegates die Trennung der Fluten bei geschlossenen Wastegates und ein Kurzschluss der Fluten bei geöffneten Wastegates in vorteilhafter Weise realisiert werden.Due to the configuration according to claims 2 and 3, the separation of the floods with closed waste gates and a short circuit of the floods with open waste gates can be realized in a two-flow design with two waste gates in an advantageous manner.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante mit den geringsten Strömungsverlusten für das Abgas für einen kleinstmöglichen Abgasgegendruck.The embodiment according to claim 4 is a particularly preferred embodiment with the lowest flow losses for the exhaust gas for the smallest possible exhaust gas back pressure.

Zusammengefasst kann gesagt werden: Hebt der Schieber mit seinem Axialbund von seiner Dichtfläche ab, so kann zunächst nur ein geringer Leckage-Abgasstrom durch das Wastegate durchtreten. Ein wirksamer Abgasstrom durch das Wastegate setzt erst ein, wenn der Schieber das Wastegate ganz öffnet. Der Schieber wird entweder in geschlossener Position oder bei geöffnetem Wastegate betrieben. Der Abstand in der geschlossenen Stellung zwischen Axialbund und den Schlitzen ist auf jeden Fall so groß, dass ein Klappern des Schiebers auf der Dichtfläche gänzlich vermieden wird.In summary, it can be said that if the slide with its axial collar lifts off from its sealing surface, initially only a small leakage exhaust gas flow can pass through the wastegate. Effective exhaust gas flow through the wastegate will only begin when the gate valve fully opens the wastegate. The slide is operated either in closed position or with open wastegate. The distance in the closed position between Axialbund and the slots is in any case so large that rattling of the slide on the sealing surface is completely avoided.

Wird der Schieber im Falle eines zweiflutigen Abgasturboladers mit zwei Wastegates in eine Position gebracht, bei der die Schlitze gerade geschlossen sind, so bildet sich ein Ringraum, der die Fluten über die Wastegates verbindet und so die Aufhebung der Trennung der Fluten entsprechend der DE 31 45 835 A1 bewirkt. Der freie Querschnitt in jedem der Wastegates beträgt vorzugsweise mindestens 70% des Rohrquerschnitts von dem Abgaskrümmer der Brennkraftmaschine.If the slide in the case of a twin-turbocharger with two waste gates in a position in which the slots are just closed, so an annular space is formed, which connects the floods on the waste gates and so the lifting of the separation of the floods according to the DE 31 45 835 A1 causes. The free cross section in each of the waste gates is preferably at least 70% of the pipe cross-section of the exhaust manifold of the internal combustion engine.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles in einer einzigen Figur näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment in a single figure.

1 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Turbinengehäuse eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers. 1 schematically shows a section through a turbine housing of an exhaust gas turbocharger according to the invention.

1 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Turbinengehäuse 3 eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine. Der Abgasturbolader weist ein Turbinenrad 1 auf, das um eine Drehachse 2 drehbar in dem Turbinengehäuse 3 gelagert ist. Die Lagerung kann alternativ auch in einem sog., nicht dargestellten Laufzeug erfolgen, das wiederum an oder in das Turbinengehäuse 3 montiert ist. Radial um das Turbinenrad 1 erstrecken sich in diesem Ausführungsbeispiel ein erster und ein zweiter Spiralkanal 4, 4', die von einem Abgas der Brennkraftmaschine zum Antreiben des Turbinenrades 1 durchflutbar sind. Eine Strömungsrichtung des Abgases ist durch Pfeile schematisch dargestellt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen sog. zweiflutigen Abgasturbolader (Twin-Scroll-Abgasturbolader), es kann sich in einem weiteren Ausführungsbeispiel jedoch auch um einen einflutigen Abgasturbolader handeln. 1 schematically shows a section through a turbine housing 3 an exhaust gas turbocharger according to the invention for an internal combustion engine, not shown. The exhaust gas turbocharger has a turbine wheel 1 on, that around a rotation axis 2 rotatable in the turbine housing 3 is stored. Alternatively, the mounting can also take place in a so-called., Not shown, running gear, in turn, on or in the turbine housing 3 is mounted. Radial around the turbine wheel 1 extend in this embodiment, a first and a second spiral channel 4 . 4 ' that of an exhaust gas of the internal combustion engine for driving the turbine wheel 1 are flooded. A flow direction of the exhaust gas is shown schematically by arrows. In the present embodiment is a so-called. twin-flow exhaust gas turbocharger (twin-scroll turbocharger), but it may also be a single-flow exhaust gas turbocharger in another embodiment.

Nachdem das Abgas das Turbinenrad 1 passiert hat, strömt es in einen Abströmkanal 5 und nach diesem aus dem Turbinengehäuse 3 wieder hinaus. Der erste Spiralkanal 4 und der zweite Spiralkanal 4' sind mit dem Abströmkanal 5 über ein erstes Wastegate 6 und ein zweites Wastegate 6' abgasführend verbindbar. Unter einem Wastegate 6, 6' wird die Gesamtheit eines nicht bezifferten Zuströmkanals vom Spiralkanal 4, 4' zum von einem Schieber 7 und einer Dichtfläche 9 gebildetem Ventil und dem von einem Schlitz 10, 10' gebildeten Abströmkanal verstanden. Anstelle eines Schlitzes 10, 10' kann es sich auch um Bohrungen oder sonstige Durchbrüche handeln. Die Schlitze 10, 10' sind über den Ringraum, in dem der Schieber 7 schiebebeweglich angeordnet ist miteinander Gas führend verbunden.After the exhaust the turbine wheel 1 has happened, it flows into a discharge channel 5 and after this from the turbine housing 3 out again. The first spiral channel 4 and the second spiral channel 4 ' are with the outflow channel 5 over a first wastegate 6 and a second wastegate 6 ' can be connected to the exhaust gas. Under a wastegate 6 . 6 ' becomes the entirety of an unnumbered inflow channel from the spiral channel 4 . 4 ' to move from a slider 7 and a sealing surface 9 formed valve and that of a slot 10 . 10 ' understood drainage channel formed. Instead of a slot 10 . 10 ' it may also be holes or other breakthroughs. The slots 10 . 10 ' are above the annulus in which the slider is 7 slidably arranged is connected to each other gas leader.

Das erste Wastegate 6 mündet überwiegend über den ersten Schlitz 10 in den Abströmkanal 5, das zweite Wastegate 6' mündet überwiegend über den zweiten Schlitz 10' in den Abströmkanal 5. Eine Abgasmenge durch das erste Wastegate 6 und das zweite Wastegate 6' ist mit dem rohrförmigen, radial außerhalb des Abströmkanals 5 im Turbinengehäuse 3 angeordneten, axial schiebebeweglichen Schieber 7 einstellbar. Eine Verschieberichtung des Schiebers 7 ist mit einem Doppelpfeil dargestellt. Die obere Hälfte, d. h. oberhalb der Drehachse 2, ist der Schieber 7 in geschlossener Stellung des Wastegates 6 dargestellt, in der unteren Hälfte in geöffneter Stellung des Wastegates 6'.The first wastegate 6 flows predominantly over the first slot 10 in the outflow channel 5 , the second wastegate 6 ' flows predominantly over the second slot 10 ' in the outflow channel 5 , An amount of exhaust gas through the first wastegate 6 and the second wastegate 6 ' is with the tubular, radially outside the outflow channel 5 in the turbine housing 3 arranged, axially slide-movable slide 7 adjustable. A shift direction of the slider 7 is shown with a double arrow. The upper half, ie above the axis of rotation 2 , is the slider 7 in the closed position of the Wastegate 6 shown in the lower half in the open position of the wastegate 6 ' ,

Erfindungsgemäß ist für eine nicht klappernde und dauerhafte Abdichtung zwischen dem Abströmkanal 5 und den Spiralkanälen 4, 4' spiralkanalseitig an dem Schieber 7 ein Axialbund 8 vorgesehen, der gegen die ringförmige Dichtfläche 9 im Turbinengehäuse 3 durch Axialverschiebung des Schiebers 7 dichtet.According to the invention for a non-rattling and permanent seal between the discharge channel 5 and the spiral channels 4 . 4 ' Spiral channel side on the slide 7 an axial collar 8th provided, which against the annular sealing surface 9 in the turbine housing 3 by axial displacement of the slider 7 seals.

Bevorzugt weisen die Wastegates 6, 6' mindestens 70% eines Strömungsquerschnittes eines Abgaskrümmers der Brennkraftmaschine auf, um die Strömungsverluste des Abgas und somit den Abgasgegendruck zu reduzieren.Preferably, the Wastegate 6 . 6 ' at least 70% of a flow cross-section of an exhaust manifold of the internal combustion engine in order to reduce the flow losses of the exhaust gas and thus the exhaust back pressure.

Bei geschlossenen Wastegates 6, 6' erfolgt durch die Dichtfläche 9 und den Axialbund 8 an dem Schieber 7 eine einwandfreie Abdichtung. Hebt der Schieber 7 mit seinem Axialbund 8 von der Dichtfläche 9 ab, so kann zunächst nur ein geringer Leckage-Abgasstrom durch die Wastegates 6, 6' durchtreten. Ein wirksamer Abgasstrom durch die Wastegates 6, 6' setzt erst ein, wenn der Schieber die Wastegates 6, 6' ganz öffnet. Der Schieber 7 wird entweder in geschlossener Position oder bei geöffneten Wastegates 6, 6' betrieben. Der Abstand in der geschlossenen Stellung zwischen Axialbund 8 und den Schlitzen 10, 10' ist auf jeden Fall so groß, dass ein Klappern des Schiebers 7 auf der Dichtfläche 9 gänzlich vermieden wird.With closed waste gates 6 . 6 ' takes place through the sealing surface 9 and the axial collar 8th on the slider 7 a perfect seal. Lift the slider 7 with its axial collar 8th from the sealing surface 9 At first, only a small leakage exhaust gas flow through the waste gates can occur 6 . 6 ' pass. An effective exhaust flow through the waste gates 6 . 6 ' only starts when the slider is the wastegate 6 . 6 ' completely open. The slider 7 is either in closed position or with open waste gates 6 . 6 ' operated. The distance in the closed position between Axialbund 8th and the slots 10 . 10 ' is definitely so big that a clatter of the slider 7 on the sealing surface 9 is completely avoided.

Wird der Schieber wie im vorliegenden Fall eines zweiflutigen Abgasturboladers mit zwei Wastegates 6, 6' in eine Position gebracht, bei der die Schlitze 10, 10' gerade geschlossen sind, so bildet sich ein Ringraum, der die Fluten über die Wastegates 6, 6' verbindet und so die Aufhebung der Trennung der Fluten entsprechend der DE 31 45 835 A1 bewirkt.If the slide as in the present case of a twin-turbocharger with two waste gates 6 . 6 ' placed in a position where the slots 10 . 10 ' just closed, it forms an annular space, which floods the Wastegate 6 . 6 ' connects and thus the lifting of the separation of the floods according to the DE 31 45 835 A1 causes.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Turbinenradturbine
22
Drehachseaxis of rotation
33
Turbinengehäuseturbine housing
44
erster Spiralkanalfirst spiral channel
4'4 '
zweiter Spiralkanalsecond spiral channel
55
Abströmkanaloutflow channel
66
erstes Wastegatefirst wastegate
6'6 '
zweites Wastegatesecond wastegate
77
Schieberpusher
88th
Axialbundaxial collar
99
Dichtflächesealing surface
1010
erster Schlitzfirst slot
10'10 '
zweiter Schlitzsecond slot

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012102186 A1 [0002, 0004] DE 102012102186 A1 [0002, 0004]
  • DE 3145835 A1 [0003, 0012, 0021] DE 3145835 A1 [0003, 0012, 0021]

Claims (4)

Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einem Turbinenrad (1), das um eine Drehachse (2) drehbar in einem Turbinengehäuse (3) gelagert ist, wobei sich radial um das Turbinenrad (1) ein von Abgas der Brennkraftmaschine durchflutbarer erster Spiralkanal (4) im Turbinengehäuse (3) erstreckt zur Zuführung von Abgas auf das Turbinenrad (1), wobei das Abgas in Strömungsrichtung des Abgases nach der Turbine (1) in einem Abströmkanal (5) aus dem Turbinengehäuse (3) hinaus strömt, wobei der Spiralkanal (4) und der Abströmkanal (5) über zumindest ein erstes Wastegate (6) Abgas führend verbindbar sind, wobei eine Abgasmenge durch das erste Wastegate (6) mit einem rohrförmigen, radial außerhalb des Abströmkanals (5) im Turbinengehäuse (3) angeordneten, axial schiebebeweglichem Schieber (7) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Abdichtung zwischen dem Abströmkanal (5) und dem ersten Spiralkanal (4) spiralkanalseitig an dem Schieber (7) ein Axialbund (8) vorgesehen ist der gegen eine ringförmige Dichtfläche (9) im Turbinengehäuse (3) durch Axialverschiebung des Schiebers (7) dichtet.Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, with a turbine wheel ( 1 ), which is about a rotation axis ( 2 ) rotatable in a turbine housing ( 3 ) is mounted, wherein radially around the turbine wheel ( 1 ) a exhaust gas of the internal combustion engine flooded by the first spiral channel ( 4 ) in the turbine housing ( 3 ) extends to the supply of exhaust gas to the turbine wheel ( 1 ), wherein the exhaust gas in the flow direction of the exhaust gas after the turbine ( 1 ) in a discharge channel ( 5 ) from the turbine housing ( 3 ), whereby the spiral channel ( 4 ) and the outflow channel ( 5 ) via at least one first wastegate ( 6 ) Exhaust leading, wherein an amount of exhaust gas through the first wastegate ( 6 ) with a tubular, radially outside the outflow channel ( 5 ) in the turbine housing ( 3 ), axially slide-movable slide ( 7 ) is adjustable, characterized in that for a seal between the discharge channel ( 5 ) and the first spiral channel ( 4 ) Spiralkanalseitig on the slide ( 7 ) an axial collar ( 8th ) is provided which against an annular sealing surface ( 9 ) in the turbine housing ( 3 ) by axial displacement of the slide ( 7 ) seals. Abgasturbolader nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Spiralkanäle (4, 4') vorgesehen sind die jeweils über ein erstes und ein zweites Wastegate (6, 6') mit dem Abströmkanal (5) durch Axialverschiebung des Schiebers (7) verbindbar sind.Exhaust gas turbocharger according to claim 1, characterized in that two spiral channels ( 4 . 4 ' ) are each provided via a first and a second wastegate ( 6 . 6 ' ) with the outflow channel ( 5 ) by axial displacement of the slide ( 7 ) are connectable. Abgasturbolader nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Wastegate (6, 6') bei nicht vollständig geschlossenem ersten und zweiten Wastegate (6, 6') Abgas führend miteinander verbunden sind.Exhaust gas turbocharger according to claim 2, characterized in that the first and the second wastegate ( 6 . 6 ' ) with not completely closed first and second wastegate ( 6 . 6 ' ) Exhaust gas leading are interconnected. Abgasturbolader nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei zwischen der Brennkraftmaschine und dem Abgasturbolader ein Abgaskrümmer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungsquerschnitt eines Wastegates (6, 6') mindestens 70% eines Strömungsquerschnittes des Abgaskrümmers beträgt.Exhaust gas turbocharger according to one of the claims 1 to 3, wherein between the internal combustion engine and the exhaust gas turbocharger, an exhaust manifold is arranged, characterized in that a flow cross-section of a wastegate ( 6 . 6 ' ) is at least 70% of a flow cross-section of the exhaust manifold.
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