DE102014215850A1

DE102014215850A1 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE102014215850A1
Application number: DE102014215850.8A
Authority: DE
Inventors: Jan Velthuis
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2016-02-11

Abstract

Abgasturbolader mit einem Verdichtergehäuse, in dem ein Verdichterrad drehbar angeordnet ist, das Luft von einem Einströmbereich im Verdichtergehäuse radial nach außen in einen Spiralkanal im Verdichtergehäuse fördert und verdichtet, wobei die Luft durch einen Schubumluftkanal von einer Hochdruckseite zu einer Niederdruckseite des Verdichtergehäuses mittels eines in dem Verdichtergehäuse integrierten Schubumluftventils rückführbar ist, wobei der Schubumluftkanal in Strömungsrichtung der Luft stromab des Spiralkanals beginnt und in Strömungsrichtung der Luft stromauf des Einströmbereichs in einen Ansaugtrakt mündet.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Schubumluftkanals, ist dieser wirkungsgradneutral in dem Abgasturbolader implementierbar.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die deutsche Offenlegungsschrift DE 100 54 014 A1 hingewiesen. Aus dieser Offenlegungsschrift ist eine Ansaugeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Turbolader bekannt, wobei eine um die Verdichtungseinrichtung herumführende Bypassleitung, auch Schubumluftleitung genannt, vorgesehen ist. In der Schubumluftleitung ist ein Ventil zum Öffnen und Schließen der Bypassleitung angeordnet ist. Das Besondere an dieser Bypassleitung ist, dass in dem Ventil ein Akustikelement angeordnet ist.
Weiter ist aus der internationalen PCT Patentanmeldung mit der internationalen Veröffentlichungs-Nr. WO 2008/071252 A1 ein Turbolader bekannt, mit einem Verdichter, der ein Verdichtergehäuse aufweist mit einem Schubumluftventil, das ein Ventilgehäuse aufweist, welches am Verdichtergehäuse befestigt ist. Weiter weist der Verdichter ein Ladedruckregelventil auf. Dieser bekannte Turbolader ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ladedruckregelventil am Ventilgehäuse befestigt ist und mit einem Innendruckraum des Ventilgehäuses des Schubumluftventils druckverbunden ist.
Weiter ist es allgemein bekannt, ein Schubumluftventil in das Verdichtergehäuse eines Turboladers zu integrieren. Diese Systeme haben den Nachteil, dass die Abzweigung der beiden Pfade (druck- und saugseitig) meistens aus Platzgründen im Verdichtergehäuse schlecht positioniert werden. Dadurch hat man vor allem auf der Niederdruckseite oder auch in der Verdichterspirale massive Störungen in der Strömung, welche sich in einem schlechten Wirkungsgrad des Radialverdichters niederschlägt. Die Wirkungsgradeinbußen betragen üblicherweise ca. 1–2% und zusätzlich besteht die Gefahr der Verschmutzung der Schubumluftventilkinematik bzw. der Schubumluftventilführung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, die diese Wirkungsgradverluste ebenso wie die Verschmutzungsproblematik des Schubumluftventils vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schubumluftkanals bzw. dessen niederdruckseitige und hochdruckseitige Anbindung an das Verdichtergehäuse, wird ein Wirkungsgradverlust vermieden. Darüber hinaus ist die Verschmutzungsproblematik des Schubumluftventils durch die geodätisch oben liegende Anordnung vermieden.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Außerdem ist durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 die Versottung des Schubumluftventils in vorteilhafter Weise vermieden.
Eine weitere Strömungsberuhigung im Bereich des Verdichtergehäuses wird durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 erreicht.
Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 ist eine flexible Anbindung des. Schubumluftkanals an das Verdichtergehäuse möglich.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von zwei Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine Aufsicht auf einen dreidimensional dargestellten Abgasturbolader.
2 zeigt eine Innenkontur eines Verdichtergehäuses.
Im Folgenden gelten in den 1 und 2 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
1 zeigt eine Aufsicht auf einen dreidimensional dargestellten Abgasturbolader 1. Der Abgasturbolader 1 ist mit einem Abgaskrümmer 11 an Abgasauslässe eines nicht dargestellten Zylinderkopfes einer ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine montierbar. Das heiße Abgas strömt in ein Turbinengehäuse 9 und treibt ein nicht dargestelltes Turbinenrad an. Das Turbinenrad ist drehfest mit einem von dem Verdichtergehäuse 2 verdecktem Verdichterrad verbunden und wird von dem Turbinenrad angetrieben. Das Verdichterrad saugt Frischluft aus einem Ansaugtrakt 7 durch einen Einströmbereich 3 in dem Verdichtergehäuse 2 an und fördert und verdichtet die Frischluft in einen radial außen um das Verdichterrad angeordneten Spiralkanal, sichtbar in 2. Von dort wird die Frischluft weiter durch den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine einer Verbrennung zugeführt.
In dem Fall, wenn eine im Ansaugtrakt 7 angeordnete, nicht dargestellte Drosselklappe nach voller Öffnung (Volllast der Brennkraftmaschine) schnell geschlossen wird, verdichtet das Verdichterrad aufgrund seiner Massenträgheit weiterhin die Frischluft. Obwohl die Brennkraftmaschine aufgrund der geschlossenen Drosselklappe die Leistung reduzieren müsste, wird weiterhin verdichtete Frischluft in die Brennräume der Brennkraftmaschine gefördert, was zu einer verzögerten Leistungsreduzierung der Brennkraftmaschine führt. Um dieses Problem zu umgehen, ist ein Schubumluftkanal 5 mit einem Schubumluftventil 6 vorgesehen. Bei einer schnell schließenden Drosselklappe wird das Schubumluftventil 6 geöffnet und überschüssige Frischluft kann aus dem Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich vor dem Verdichter rückgeführt werden, was zu einer gewünscht schnellen Leistungsreduzierung führt.
Um einen Wirkungsgradverlust des Abgasturboladers 1 im Normalbetrieb zu vermeiden, beginnt der Schubumluftkanal 5 erfindungsgemäß in Strömungsrichtung der Frischluft stromab des Spiralkanals 4 und mündet in Strömungsrichtung der Frischluft stromauf des Einströmbereichs 3 in den Ansaugtrakt 7.
Damit das Schubumluftventil 6 durch Leckageöl aus einem Laufzeug des Abgasturboladers 1 nicht versottet, ist das Schubumluftventil 6 in Einbaulage geodätisch oben in das Verdichtergehäuse 2 integriert.
In einer, in 1 dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsvariante mündet der Schubumluftkanal 5 in eine Reinluftschale 8 im Ansaugtrakt 7 in Strömungsrichtung stromauf des Einströmbereichs 3 in dem Verdichtergehäuse 2.
Um bei einer Montage des Abgasturboladers, bzw. einer Anordnung der einzelnen Bauteile möglichst flexibel zu sein, ist der Schubumluftkanal 5 zumindest abschnittsweise von einem Rohr oder einem Schlauch gebildet. Zur Einleitung des Hochdruckbereiches in den Schubumluftkanal 5 ist ein Druckstutzen 10 vorgesehen.
2 zeigt schematisch eine dreidimensional dargestellte Innenkontur (Strömungskanäle für die Frischluft) des Verdichtergehäuses 2. Der Einströmbereich der Frischluft ist mit 3 beziffert. Eine Einströmrichtung der Frischluft ist mit einem Pfeil im Einströmbereich 3 schematisch dargestellt. Nach dem Einströmbereich 3 wird die Frischluft von dem nicht dargestellten Verdichterrad radial nach außen in den Spiralkanal 4 gefördert und verdichtet. Der Spiralkanal 4 endet an einer gestrichelten Linie. Nach dem Spiralkanal 4 wird die Frischluft – gekennzeichnet durch einen weiteren Pfeil in einem nicht bezifferten Ausströmbereich – weiter in Richtung des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine gefördert. Wie in 2 deutlich erkennbar ist, zweigt der Schubumluftkanal 5 stromabwärts des Spiralkanals 4 ab und mündet im Verdichtergehäuse 2 in einen Einbauort des Schubumluftventils 12. Nach einem Öffnen des Schubumluftventils 12 strömt die Frischluft zurück in Richtung der Niederdruckseite, ebenfalls mit einem Pfeil schematisch dargestellt.
Zusammengefasst kann gesagt werden:
Durch die geschickte Einleitung der Frischluft in der Reinluftschale 7 kann die sog. Schubumluft wirkungsgradneutral im Verdichtergehäuse 2 implementiert werden. Durch die Anordnung des Schubumluftventils 6 in einer geodätisch höheren Lage wird eine Versottung des Schubumluftventils 6 mit Leckageöl vermieden.
Bezugszeichenliste

1: Abgasturbolader
2: Verdichtergehäuse
3: Einströmbereich
4: Spiralkanal
5: Schubumluftkanal
6: Schubumluftventil
7: Ansaugtrakt
8: Reinluftschale
9: Turbinengehäuse
10: Druckstutzen
11: Abgaskrümmer
12: Einbauort Schubumluftventil

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 10054014 A1 [0002]
WO 2008/071252 A1 [0003]

Claims

Abgasturbolader (1) mit einem Verdichtergehäuse (2), in dem ein Verdichterrad drehbar angeordnet ist, das Luft von einem Einströmbereich (3) im Verdichtergehäuse (2) radial nach außen in einen Spiralkanal (4) im Verdichtergehäuse (2) fördert und verdichtet, wobei die Luft durch einen Schubumluftkanal (5) von einer Hochdruckseite zu einer Niederdruckseite des Verdichtergehäuses (2) mittels eines in dem Verdichtergehäuse (2) integrierten Schubumluftventils (6) rückführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schubumluftkanal (5) in Strömungsrichtung der Luft stromab des Spiralkanals (4) beginnt und in Strömungsrichtung der Luft stromauf des Einströmbereichs (3) in einen Ansaugtrakt (7) mündet.
Abgasturbolader nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubumluftventil (6) geodätisch oben in das Verdichtergehäuse (2) integriert ist.
Abgasturbolader nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schubumluftkanal (5) in eine Reinluftschale (8) in Strömungsrichtung stromauf des Verdichtergehäuses (2) mündet.
Abgasturbolader nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schubumluftkanal (5) zumindest abschnittsweise von einem Rohr oder einem Schlauch gebildet ist.