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Die Erfindung betrifft einen Turbolader, umfassend ein Turbinengehäuse mit einem gehäuseseitig angeordneten Bypassventil mit einer Ventilklappe, die über eine Lagerwelle in einer Hülse, die in eine Gehäusebohrung eingesetzt ist, gelagert ist.
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Ein Turbolader dient der Leistungs- und/oder Effizienzsteigerung eines Verbrennungsmotors. Das Arbeitsprinzip besteht darin, einen Teil der Energie des aus dem Betrieb des Verbrennungsmotors resultierenden Abgases zu nutzen, um den Druck im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu erhöhen, so dass mehr Außenluft in den Zylinder befördert werden kann. Ein solcher Turbolader, oft auch Abgasturbolader genannt, besteht aus einer in einem Turbinengehäuse angeordneten Turbine, die über das Abgas angetrieben wird, die also die im Abgas verbliebene Restenergie nutzt. Die Turbine ist mit einem Verdichter gekoppelt, der über die Turbine angetrieben wird und der der Verdichtung der Ansaugluft des Verbrennungsmotors erhöht. Der grundsätzliche Aufbau und das grundsätzliche Funktionsprinzip eines solchen Turboladers ist bekannt.
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Mit steigender Abgasmenge, resultierend aus einer steigenden Motordrehzahl, dreht sich zwangsläufig auch die Laderturbine immer schneller, was wiederum zu einer Erhöhung der über den Verdichter verdichteten und zugeführten Luftmenge führt. Erreicht der Verdichter seine Fördergrenze, arbeitet er also mit einer entsprechend hohen Grenzdrehzahl, kann es zu mechanischen oder thermischen Problemen am Turbolader kommen. Die in niedrigen Motordrehzahlbereichen gewünschte Aufladung des Verbrennungsmotors kann also in höheren Drehzahlbereichen zu Problemen führen. Aus diesem Grund sind moderne Turbolader mit einer Ladedruckregelung versehen, die es ermöglicht, dass der Turbolader bereits bei niedriger Drehzahl, also bei niedrigem Abgasdurchsatz eine hohe Leistung hat und trotzdem bei hohen Drehzahlen seine Belastungsgrenze nicht überschreitet. Eine Möglichkeit einer solchen Ladedruckregelung ist die Integration eines Bypassventils, häufig auch „Wastegate“ genannt. Dieses Bypassventil ist am Turbinengehäuse angeordnet und ermöglicht es, einen Teil des Abgasstroms an der Turbine vorbeizuleiten, so dass dieser Teil nicht zum Turbinenantrieb beiträgt und demzufolge eine Erhöhung des Ladedrucks vermieden wird. Hierdurch ist es bei geschlossenem Bypassventil einerseits möglich, bereits bei niedrigen Drehzahlen einen hinreichend hohen Ladedruck zu erzeugen und das sogenannte Turboloch zu verkleinern. Bei höheren Turboladerdrehzahlen kann das Bypassventil geöffnet und ein Teil des Abgasstroms an der Turbine vorbeigeleitet werden, um die Laderdrehzahl auf einem vorbestimmten Niveau zu halten und den Turbolader nicht zu überlasten.
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Ein solches Bypassventil ist üblicherweise klappenartig ausgeführt, wobei die Ventil- oder Bypassklappe, oft auch „Wastegate“-Klappe genannt, eine entsprechende Ventilbohrung im Turbinengehäuse in der Schließstellung abdichtet und bei geöffneter Klappe öffnet. Dieses Ventil respektive dieses Ventilklappe ist über eine Lagerwelle gehäuseseitig gelagert. Hierzu ist gehäuseseitig eine Bohrung vorgesehen, in die eine Hülse eingesetzt ist, die von der Lagerwelle durchgriffen ist. Die Lagerwelle selbst ist in der Hülse üblicherweise gleitgelagert. Zur Betätigung der Bypass- oder Wastegate-Klappe ist eine Hebelmechanik vorgesehen, die mit der Lagerwelle gekoppelt ist, und über die bei Bedarf eine Verschwenkung der Lagerwelle und damit eine Öffnung der Ventilklappe erreicht werden kann.
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Wie beschrieben ist gehäuseseitig eine Bohrung vorgesehen, in die eine Lagerhülse eingesetzt ist, die von der Lagerwelle durchgriffen ist. Das heißt, dass in diesem Bereich eine Gehäuseöffnung gegeben ist, die letztlich über das realisierte Gleitlager abzudichten ist. Aufgrund des notwendigen, wenngleich geringen Spalts zwischen der Lagerwelle und der Hülse, der zur Verschwenkung der Lagerwelle erforderlich ist, ist jedoch keine vollständige Abdichtung möglich. Aufgrund des hohen Druckunterschieds zwischen dem Turbineninneren und der Umgebung kommt es dazu, dass über diesen Spalt, wenngleich in geringem Umfang, Leckageabgas austritt, das dem Laderbetrieb nicht mehr zur Verfügung steht.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen demgegenüber verbesserten Turbolader anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Turbolader der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gehäuseseitig eine Absaugbohrung vorgesehen, die im Bereich der Lagerung mündet, und über die zwischen der Lagerwelle und der Hülse anfallendes Leckagegas absaugbar ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Turbolader ist es über die gehäuseseitige Absaugbohrung möglich, gezielt etwaiges im Bereich der Gleitlagerung zwischen Lagerwelle und Hülse anfallendes Leckageabgas abzusaugen. Dieses abgesaugte Leckageabgas kann über den Unterdruck vor dem Einlassventil oder vor dem Verdichter, je nach Ausgestaltung des Laders, der Verbrennung wieder zugeführt werden, geht also nicht verloren. Der für diese Leckagegasabsaugung erforderliche Unterdruck wird beispielsweise über die Luftansaugung des Verbrennungsmotors zur Verfügung gestellt. Je nach Betriebszustand kann der Unterdruck vor dem Verdichter des Turboladers oder direkt vor dem Einlassventil des Brennraums verwendet werden. Das heißt, dass der für die Absaugung erforderliche Unterdruck an verschiedenen Stellen abgegriffen werden kann.
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Die Abgasbohrung selbst kann gemäß einer ersten Erfindungsalternative durch das Gehäuse und die Hülse geführt sein und an der Hülseninnenseite münden. Gemäß dieser Ausgestaltung ist also die Abgasbohrung, bevorzugt rechtwinklig zur Lagerachse verlaufend, durch das Turbinengehäuse und die Hülse in den Gleitlagerbereich geführt.
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Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, die Abgasbohrung durch die Lagerwelle zu führen und an der Lagerwellenaußenseite zum Gleitlagerbereich hin zu öffnen. Hier erfolgt also die Absaugung durch die Lagerwelle. Dabei kann die durch die Lagerwelle geführte Abgasbohrung einen axial in die Lagerwelle laufenden ersten Abschnitt aufweisen, der in einen an der Mantelfläche der Lagerwelle, also im Gleitlagerbereich mündenden zweiten Abschnitt übergeht.
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Zweckmäßig ist es, wenn an der Lagerwelle und/oder der Innenseite der Hülse eine Nut, insbesondre eine umlaufende Ringnut vorgesehen ist, in der die Abgasbohrung mündet, und in der sich etwaiges Leckageabgas ansammeln kann, das dann abgesaugt wird.
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In die Absaugbohrung ist zweckmäßigerweise ein Anschlussstutzen zum Anschließen einer Absaugleitung vorgesehen, wobei über diese Absaugleitung der entsprechende Absaugunterdruck angelegt wird. Je nach Auslegung des Turboladers respektive dessen Integration kann, wie ausgeführt, die Abgasleckluft über den Unterdruck vor dem Einlassventil oder vor dem Verdichter der Verbrennung wieder zugeführt werden. Der Anschlussstutzen, der bevorzugt in die Absaugbohrung eingeschraubt ist, bietet auf einfache Weise eine Schnittstelle zum Anschluss der entsprechenden Absaugleitung.
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Neben dem Turbolader selbst betrifft die Erfindung ferner ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen Turbolader der beschriebenen Art.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel. Dabei zeigen:
- 1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Turboladers einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine Teilansicht, teilgeschnitten, des Turboladers aus 1,
- 3 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Turboladers einer zweiten Ausführungsform,
- 4 eine Teilansicht, teilgeschnitten, des Turboladers aus 3, und
- 5 eine Prinzipdarstellung eines Verbrennungsmotors nebst zugeordnetem Turbolader.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Turbolader 1, umfassend ein Turbinengehäuse 2 mit einer darin angeordneten, nicht näher gezeigten Turbine, sowie einem nachgeschalteten Verdichtergehäuse 3 mit einem darin angeordneten, ebenfalls nicht näher gezeigten Verdichter. Im Turbinengehäuse 2 ist ein Bypassventil 4 integriert, umfassend eine Ventilklappe 5, über die eine gehäuseseitige Öffnung geschlossen oder geöffnet werden kann. Diese Ventilklappe 5 über eine Lagerwelle 6 schwenkbar gelagert, so dass sie zwischen der Schließstellung, wie in 2 gezeigt, und der Offenstellung verschwenkt werden kann. Zur Schwenklagerung der Lagerwelle 6 ist im Turbinengehäuse 2 eine Bohrung 7 vorgesehen, die einen entsprechenden Lagerstutzen 8 durchgreift. In die Bohrung 7 ist eine Hülse 9 eingesetzt, die der Gleitlagerung der Lagerwelle 6, die die Hülse 9 durchsetzt, dient. Die Verschwenkung der Lagerwelle 6 um ihre Längsachse wird über eine Kopplungsmechanik 10 erwirkt, die mit einem entsprechenden Stellmittel, beispielsweise einer Unterdruckdose oder dergleichen, einerseits verbunden ist, worüber die Bewegung erwirkt wird, und die andererseits mit einem Schwenkhebel 11, der an der Lagerwelle 6 befestigt ist, verbunden ist. Über eine Verstellung der Kopplungsmechanik 10 kann folglich die entsprechende Bewegung der Lagerwelle 6 und damit die Bewegung der Ventilklappe 5 zum Öffnen und Schließen des Bypassventils 4 erreicht werden.
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Bei der in den 1 und 2 gezeigten Ausgestaltung ist im Lagerstutzen 8 eine in diesem Beispiel rechtwinklig zur Lagerachse verlaufende Abgasbohrung 12 ausgebildet, die auch die Lagerhülse 9 durchsetzt und die demzufolge direkt im Bereich der Gleitlagerung mündet. Die Lagerwelle 6 ist an ihrem Außenumfang mit einer hier umlaufenden Nut 14 versehen, im Bereich welcher die Absaugbohrung 12 mündet. In diese Absaugbohrung 12 ist ein Anschlussstutzen 13 eingeschraubt, an dem eine Absaugleitung angeschlossen wird, über die ein Unterdruck angelegt werden kann, der beispielsweise vor dem Verdichter des Turboladers oder direkt vor dem Einlassventil des Brennraums des Verbrennungsmotors abgegriffen werden kann. Hierüber ist es möglich, im Bereich der Gleitlagerung anfallendes Leckageabgas gezielt abzusaugen und der Verbrennung zuzuführen.
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Eine zweite erfindungsgemäße Ausgestaltung ist in den 3 und 4 gezeigt. 3 zeigt wiederum in einer Perspektivansicht einen erfindungsgemäßen Turbolader 1 mit einem Turbinengehäuse 2 und einem Verdichtergehäuse 3, also umfassend eine Turbine und einen Verdichter in an sich bekannter Weise. Auch hier ist am Turbinengehäuse 2 ein Bypassventil 4 umfassend eine Ventilklappe 5 vorgesehen, die wiederum über eine Lagerwelle 6 am Turbinengehäuse 2 schwenkgelagert ist. Das Turbinengehäuse 2 umfasst auch hier einen Lagerstutzen 8, in dem eine Bohrung 7 vorgesehen ist, in die eine Hülse 9 eingesetzt ist, die von der Lagerwelle 6 durchgriffen ist, siehe 4. Auch hier erfolgt die Verschwenkung der Lagerwelle 6 und damit die Bewegung der Ventilklappe 5 über eine Kopplungsmechanik 10, die wiederum einerseits mit einem Stellmittel wie beispielsweise einer Unterdruckdose und andererseits mit einem Schwenkhebel 11 gekoppelt ist, der seinerseits, siehe 4, an der Lagerwelle 6 befestigt ist. Der Aufbau entspricht insoweit dem des Turboladers 1 aus den 1 und 2.
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Anders ist hier jedoch die Führung und Anordnung der Absaugbohrung 12. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Absaugbohrung 12 durch die Lagerwelle 6 in den Bereich der Gleitlagerung geführt. Die Absaugbohrung 12 umfasst einen ersten Abschnitt 12a, der sich axial entlang der Lagerwelle 6 erstreckt, und der in einen zweiten Abschnitt 12b, der vertikal dazu verläuft und an der Lagerwellenaußenseite im Bereich der Gleitlagerung mündet, übergeht. Auch hier ist an der Außenseite der Lagerwelle 6 eine hier umlaufende Nut 14 vorgesehen, in der bei dieser Ausgestaltung der zweite Abschnitt 12b der Absaugbohrung 12 mündet. In die Absaugbohrung 12 ist auch hier ein Anschlussstutzen 13 eingeschraubt, der wiederum den Anschluss einer Unterdruckabsaugleitung ermöglicht. Auch hier besteht folglich die Möglichkeit, im Bereich der Gleitlagerung anfallendes Leckageabgas absaugen zu können.
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5 zeigt eine Prinzipdarstellung der Integration eines erfindungsgemäßen Turboladers 1 in den Frischluft- und Abgaskreislauf eines Verbrennungsmotors 15. Gezeigt ist hier einerseits die Turbine 16, andererseits der Verdichter 17 des Abgasturboladers 1. Ebenso gezeigt ist das Bypassventil 4, das der Turbine 16 zugeordnet ist, sowie eine Absaugleitung 18, die an den entsprechenden Anschlussstutzen 13 der Absaugbohrung 12 angeschlossen ist. Das vom Verbrennungsmotor 15 über den Abgaskrümmer 19 dem Turbolader 1 zugeführte Abgas treibt wie beschrieben die Turbine 16 an, die ihrerseits den Verdichter 17 antreibt, der Frischluft 20 ansaugt, die sodann dem Lufteinlass des Verbrennungsmotors 15 zugeführt wird.
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Das über die Absaugleitung 18 abgesaugte Leckagegas wird hier exemplarisch über ein Einlassventil 21 dem Verbrennungsmotor zugeführt. Es kann aber auch über ein Ventil 22 vor dem Verdichter 17 rückgeführt werden und über diesen dem Verbrennungsmotor zugeführt werden. Die Absaugung selbst erfolgt über den vor dem Einlassventil 21 oder den vor dem Verdichter 17 anstehenden Unterdruck.
