DE102020213026A1 - Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie - Google Patents

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Hoang-Nguyen Tran
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (1) für eine Brennkraftmaschine (100) eines Kraftfahrzeugs, bei welchem an einem Turbinengehäuse (3) eine Ausnehmung (8) mit einer radial inneren und mit einer radial äußeren Nutflanke (9, 10) und mit einem zwischen den Nutflanken (9, 10) angeordneten Nutgrund (11) ausgebildet ist, wobei der Nutgrund (11) und die radial innere Nutflanke (9) mittels eines dazwischen angeordneten sich vom Nutgrund (11) weg verjüngenden Übergangs (12) der Ausnehmung (8) miteinander verbunden sind, wobei an der radial äußeren Nutflanke (10) dem Nutgrund (11) abgewandt eine Auflagefläche (13) des Turbinengehäuses (3) vorhanden ist, an welcher eine Deckscheibe (7) anliegt und zu welcher im Abstand der Nutgrund (11) in einer Nuttiefe (t) angeordnet ist, wobei ein Abstand zwischen dem Nutgrund (11) und Flankenende (14) der radial inneren Nutflanke (9) eine Übergangshöhe (H) des Übergangs (12) und ein Abstand zwischen dem Flankenende (14) und einem Nutgrundende (15) eine Übergangsbreite (B) des Übergangs (12) festlegt, wobei die Übergangsbreite (B) größer ist als die Übergangshöhe (H).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie sowie eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasturbolader.
  • Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie (VTG) weisen im Turbinengehäuse üblicherweise einen Düsenmechanismus mit in einem Leitschaufellagerring drehbar gelagerten Leitschaufeln auf, die dazu dienen eine durchströmbare Querschnittsfläche der VTG entsprechend einer Lastanforderung einzustellen. Die dem Leitschaufellagerring gegenüberliegende Wandung ist dabei üblicherweise mittels Abstandselementen - sogenannten „Spacern“ - so vom Leitschaufellagerring beabstandet, dass der Abstand zwischen Leitschaufellagerring und gegenüberliegender Wandung größer ist als die Höhe der Leitschaufel. Dabei kann die dem Leitschaufellagerring gegenüberliegende Wandung als ein vom Turbinengehäuse separates, ringförmiges Bauteil in Form einer Deckscheibe ausgeführt sein, die schwimmend zwischen dem Turbinengehäuse und den Spacern gelagert ist. Durch thermische Spannungen kann die Deckscheibe stark verformt werden, was die zwischen Leitschaufeln und Deckscheibe vorhandenen Spalte reduziert, und im Extremfall zum Verklemmen der Leitschaufeln des Düsenmechanismus führen kann.
  • Um thermisch induzierte mechanische Spannungen zu reduzieren und der Deckscheibe mehr Raum zur Verformung zu geben, kann hinter der Deckscheibe eine als Kerbe wirkende Ausnehmung im Turbinengehäuse vorgesehen sein, die durch Nutflanken und einen sich senkrecht dazu in radialer Richtung erstreckenden Nutgrund begrenzt ist. Diese Ausnehmung dient der Hinterlüftung der Deckscheibe und damit einer homogeneren Temperaturverteilung über die Deckscheibe. Dies bewirkt, dass sich die Deckscheibe aufgrund des geringeren Temperaturgradienten weniger stark verformt, was wiederum der Reduktion der Spalte zwischen den Leitschaufeln der variablen Turbinengeometrie und der Deckscheibe zugutekommt. Dabei bietet die hinter der Deckscheibe vorgesehene Ausnehmung der Deckscheibe ferner die Möglichkeit, sich unter thermischer Last zu verformen ohne dabei ein Klemmen der Leitschaufeln hervorzurufen. Eine axiale Tiefe der Ausnehmung, also der Abstand des Nutgrundes von der am Turbinengehäuse aufliegenden Deckscheibe, beträgt dabei üblicherweise 1 bis 2 mm.
  • Gerade bei Ottomotoren sind die im Betrieb auftretenden Abgastemperaturen sehr hoch, so dass es durch die auftretenden thermischen Spannungen im Bereich der als Kerbe wirkenden Ausnehmung im Turbinengehäuse zu einem Durchriss des Turbinengehäuses im Bereich des Turbinenrades kommen kann. Dies kann die Funktion des Abgasturboladers, insbesondere dessen Leistungsfähigkeit und Dichtheit, in nicht unerheblichem Maße beeinträchtigen.
  • Üblicherweise wird die voranstehend erläuterte Ausnehmung mit einem konstanten Radius verrundet, welcher der Tiefe der Ausnehmung entspricht. Damit entsteht unter thermischer Last gerade im Bereich der in Bezug auf die Drehachse des Turbinenrads des Abgasturboladers radial inneren Verrundung der Ausnehmung eine nicht zu vernachlässigende Kerbwirkung im Turbinengehäuse. In Verbindung mit den im Betrieb auftretenden hohen thermisch induzierten mechanischen Spannungen kann es so zu dem bereits erwähnten Durchriss des Turbinengehäuses im Bereich des Turbinenrades kommen. Gerade für Hochtemperaturanwendungen, so in aktuellen hochaufgeladenen Ottomotoren, ist die von der Ausnehmung erzeugte Kerbwirkung bei den eingesetzten Werkstoffen oftmals zu groß. Insbesondere die bezogen auf die Drehachse des Turboladers radial innere Verrundung der Ausnehmung erzeugt in der Regel eine für die verwendeten Werkstoffe zu große Kerbwirkung, infolge welcher sich bei starker thermischer Belastung ein An- oder Durchriss des Turbinengehäuses bilden kann.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für einen Abgasturbolader zu schaffen, bei welchem voranstehende Problematik zumindest teilweise - idealerweise vollständig - behoben ist.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Grundidee der Erfindung ist demnach, eine radiale Übergangsbreite eines zwischen einer radial inneren Nutflanke einer am Turbinengehäuse eines Turboladers vorhandenen Ausnehmung und eines Nutgrund dieser Ausnehmung größer als eine axiale Übergangshöhe dieses Übergangs auszubilden.
  • Damit lässt sich gegenüber herkömmlichen Turboladern die durch die Ausnehmung bedingte Kerbwirkung in vorteilhafterweise reduzieren. Damit lässt sich erreichen, dass ein Auftreten eines oben erläuterten Durchrisses des Turbinengehäuses - und damit einhergehend einer erheblichen Funktionsstörung des gesamten Abgasturboladers bis hin zu dessen Totalausfall - gegenüber herkömmlichen Turboladers erst bei größeren thermischen bzw. thermisch induzierten mechanischen Belastungen zu erwarten ist oder sogar gänzlich vermieden werden kann.
  • Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Der Abgasturbolader umfasst einen Verdichter und mit einer Turbine. Dabei umfasst die Turbine ein Turbinengehäuse und ein Turbinenrad, welches um eine Drehachse drehbar gelagert ist, wobei sich die Drehachse entlang einer axialen Richtung erstreckt. Die Turbine weist außerdem eine variable Turbinengeometrie mit Leitschaufeln und mit einer Deckscheibe auf. Am Turbinengehäuse ist eine Ausnehmung, insbesondere Ringnut, mit einer radial inneren und mit einer radial äußeren Nutflanke und mit einem zwischen den Nutflanken angeordneten Nutgrund ausgebildet, wobei der Nutgrund und die radial innere Nutflanke mittels eines dazwischen angeordneten (ersten), sich vom Nutgrund weg verjüngenden Übergangs der Ausnehmung miteinander verbunden sind. An der radial äußeren Nutflanke ist dem Nutgrund abgewandt eine Auflagefläche des Turbinengehäuses vorhanden ist, an welcher die Deckscheibe anliegt und zu welcher im Abstand der Nutgrund - entlang der axialen Richtung gemessen - in einer Nuttiefe angeordnet ist. Ein entlang der axialen Richtung gemessener, insbesondere minimaler, Abstand zwischen dem Nutgrund und einem den (ersten) Übergang begrenzenden Flankenende der radial inneren Nutflanke legt eine Übergangshöhe des (ersten) Übergangs fest. Ein entlang einer senkrecht zur axialen Richtung verlaufenden radialen Richtung gemessener, insbesondere minimaler, Abstand zwischen dem Flankenende und einem dem (ersten) Übergang radial zugewandten Nutgrundende legt eine Übergangsbreite des (ersten) Übergangs festlegt. Dabei ist die Übergangsbreite des (ersten) Übergangs betragsmäßig größer als die Übergangshöhe des (ersten) Übergangs. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise die oben bereits angedeutete Reduzierung der Kerbwirkung im Bereich der Ausnehmung gegenüber herkömmlichen Turboladern.
  • Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Abgasturboladers legt ein entlang der radialen Richtung gemessener Abstand zwischen der radial inneren und der radial äußeren Nutflanke eine entlang der radialen Richtung gemessene Nutbreite fest. Dabei beträgt die Übergangsbreite zwischen 30% und 60% der Nutbreite. Eine Ausnehmung mit einem solchen Übergang verursacht eine besonders geringe Kerbwirkung.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Abgasturboladers ist vorgesehen, dass der (erste) Übergang zumindest einen konisch ausgebildeten Teilbereich aufweist. Ein solcher Übergang ist fertigungstechnisch besonders einfach herstellbar.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Abgasturboladers ist ein Scheitel eines Konuswinkels des konisch ausgebildeten Teilbereichs auf der Drehachse des Turbinenrads angeordnet. Dies erlaubt die Herstellung der Ausnehmung mit dem konisch ausgebildeten Teilbereich mittels eines Drehverfahrens, mit welchem sich besonders enge Fertigungstoleranzen realisieren lassen.
  • Zweckmäßig ist der Konuswinkel ein stumpfer Winkel. Ein mit einem solchen Konuswinkel realisierter konischer Teilbereich des Übergangs kann die Kerbwirkung der Ausnehmung gegenüber herkömmlichen Abgasturboladers besonders gut reduzieren.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Abgasturboladers weist der (erste) Übergang einen gekrümmten Teilbereich auf, der - in einem die Drehachse enthaltenden Axialschnitt betrachtet - einer gekrümmten Kontur folgt. Damit lassen sich thermisch induzierte mechanische Spannungen im Bereich der Ausnehmung besonders gut verteilen, was mit der gewünschten Verringerung der Kerbwirkung gegenüber herkömmlichen Abgasturboladern einhergeht.
  • Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des Abgasturboladers sieht vor, dass die Kontur einen Innenradius des gekrümmten Teilbereichs festlegt, der betragsmäßig kleiner ist als die Nuttiefe. Dabei schließt sich der gekrümmte Teilbereich des (ersten) Übergangs radial innen an den konischen Teilbereich des (ersten) Übergangs an. Dies vergrößert das Hohlvolumen der Ausnehmung gegenüber herkömmlichen Abgasturboladern.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Abgasturboladers legt die Kontur einen Innenradius des gekrümmten Teilbereichs festlegt, der betragsmäßig größer ist als die Nuttiefe. Vorteilhaft kann somit eine besonders geringe Kerbwirkung der Ausnehmung erreicht werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Abgasturboladers geht der (erste) Übergang mittels einer (ersten) Verrundung mit einem (ersten) Verrundungsradius am Flankenende der radial inneren Nutflanke in die radial innere Nutflanke über. Dabei beträgt ein betragsmäßiges Verhältnis des (ersten) Verrundungsradius zur Nuttiefe höchstens 1:10, vorzugsweise höchstens 1:50, höchst vorzugsweise höchstens 1:100. Auch dies wirkt sich vorteilhaft auf die wünschenswert geringe Kerbwirkung der Ausnehmung aus.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Abgasturboladers geht der (erste) Übergang mittels einer (zweiten) Verrundung mit einem (zweiten) Verrundungsradius in den Nutgrund über. Dabei beträgt ein betragsmäßiges Verhältnis des (zweiten) Verrundungsradius zur Nuttiefe höchstens 1:10, vorzugsweise höchstens 1:50, höchst vorzugsweise 1:100. Damit lässt sich die Kerbwirkung der Ausnehmung gegenüber herkömmlichen Turboladers noch weiter verringern.
  • Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des Abgasturboladers sieht vor, dass die radial äußere Nutflanke mittels eines zweiten Übergangs in den Nutgrund übergeht, wobei der zweite Übergang - in einem die Drehachse enthaltenden Axialschnitt betrachtet - bevorzugt einer gekrümmten Kontur folgt, die einen im Wesentlichen konstanten Innenradius des zweiten Übergangs festlegt. Ein solcher zweiter Übergang ist fertigungstechnisch besonders einfach herstellbar.
  • Zweckmäßig ist der Innenradius des zweiten Übergangs im Wesentlichen betragsmäßig kleiner oder gleich der Nuttiefe. So lässt sich das Hohlvolumen der Ausnehmung groß halten.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Abgasturboladers erstreckt sich der Nutgrund entlang der radialen Richtung. Eine Ausnehmung mit einem solchen Nutgrund ist besonders kostengünstig herstellbar.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Abgasturboladers beträgt die Nuttiefe zwischen 0,6mm und 2mm, vorzugsweise zwischen 1,3 mm und 1,5 mm. Eine derartige Ausnehmung bietet genügend Freiraum für etwaige axiale Verformungen der Deckscheibe, ohne dass Turbinengehäuse zu sehr zu schwächen.
  • Zweckmäßig beträgt eine entlang der radialen Richtung gemessene Länge des Nutgrunds wenigstens 1,5 mm. Eine solche radiale Erstreckung der durch den Nutgrund ausgebildeten Fläche des Abgasturboladers ist für die Überprüfung seiner Maßhaltigkeit und jener der Ausnehmung von Bedeutung.
  • Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Abgasturboladers ist die Ausnehmung mittels der Deckscheibe der variablen Turbinengeometrie zumindest teilweise abgedeckt. So kann die Deckscheibe bei einer axialen Verformung infolge von thermischen mechanischen Spannungen in der Deckscheibe den durch die Ausnehmung bereitgestellten Freiraum ausnutzen.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Abgasturboladers ist die Deckscheibe im Abstand zur radial inneren Nutflanke angeordnet ist, sodass radial zwischen Deckscheibe und radial innerer Nutflanke bevorzugt ein Ringspalt ausgebildet ist. Über diesen Ringspalt kann vorteilhaft eine fluidische Kommunikation zwischen der Ausnehmung und einem gewissen Raum des Abgasturboladers sichergestellt werden.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Ottomotor. Die Brennkraftmaschine umfasst mehrere Zylinder. Außerdem weist die Brennkraftmaschine einen Frischluftstrang zum Einleiten von Frischluft in die Zylinder und einen Abgasstrang zum Abführen des in den Zylindern erzeugten Abgases auf. Darüber hinaus umfasst die Brennkraftmaschine einen voranstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Abgasturbolader, dessen Verdichter im Frischluftstrang angeordnet ist und dessen Turbine im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die oben beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Abgasturboladers übertragen sich daher auch auf die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasturbolader.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • 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.
  • 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 Komponenten beziehen.
  • Es zeigen, jeweils schematisch
    • 1 eine beispielhafte Teildarstellung eines Axialschnitts eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers,
    • 2 bis 5 Beispiele des Abgasturboladers der 1 in Detaildarstellungen des Axialschnitts.
  • 1 illustriert in einem nicht maßstäblichen Axialschnitt 18 entlang einer axialen Richtung A ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers 1, sowie ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 100, die den Abgasturbolader 1 umfasst. Der Abgasturbolader 1 weist einen in der 1 nicht gezeigten Verdichter und eine Turbine 2 auf. Die Turbine umfasst ein Turbinengehäuse 3 und ein Turbinenrad 4 sowie eine in einem Düsenraum 24 der Turbine 2 angeordnete variable Turbinengeometrie 5. Das Turbinenrad 4 ist um eine nicht dargestellte Drehachse drehbar an einem Lagergehäuse 25 gelagert. Die nicht dargestellte Drehachse erstreckt sich entlang der axialen Richtung A. Die variable Turbinengeometrie 5 weist zwischen einem Leitschaufellagerring 26 und einer Deckscheibe 7 angeordnete Leitschaufeln 6 auf, die an dem Leitschaufellagerring 26 drehbar gelagert sind. Die Leitschaufeln 6 sind dabei von einem an dem Leitschaufellagerring 26 gelagerten Leitschaufelstellring 27 verstellbar, d. h. verdrehbar, um die Leistung der Turbine 2 zu regulieren. Die Deckscheibe 7 kann mittels Abstandselementen so von dem Leitschaufellagerring 26 beabstandet sein, dass die Leitschaufeln 6 mit axialem Spiel zwischen den Leitschaufellagerring 26 und Deckscheibe 7 angeordnet sind, was ein Verklemmen verhindert. Am Turbinengehäuse 3 ist eine Ausnehmung 8 vorhanden, die beispielsweise als Ringnut realisiert ist. Die Ausnehmung 8 weist eine radial innere und eine radial äußere Nutflanke 9, 10 sowie einen Nutgrund 11, der zwischen den Nutflanken 9, 10 angeordnet ist, auf. An der radial äußeren Nutflanke 10 ist dem Nutgrund 11 abgewandt eine Auflagefläche 13 des Turbinengehäuses 3 vorhanden. An dieser Auflagefläche 13 liegt die Deckscheibe 7 an.
  • In den 2 bis 5 ist jeweils ein Beispiel des Abgasturboladers 1 der 1 in einer Detaildarstellung D des nicht maßstäblichen Axialschnitts 18 gezeigt. Die 2 bis 5 lassen erkennen, dass der Nutgrund 11 und die radial innere Nutflanke 9 mittels eines dazwischen angeordneten ersten Übergangs 12 der Ausnehmung 8 miteinander verbunden sind, der sich vom Nutgrund 11 weg verjüngt. Es ist ferner erkennbar, dass der Nutgrund 11 entlang der axialen Richtung A gemessenen zur Auflagefläche 13 in einer Nuttiefe t angeordnet ist. Dabei legt ein entlang der axialen Richtung A gemessener Abstand zwischen dem Nutgrund 11 und einem den ersten Übergang 12 begrenzenden Flankenende 14 der radial inneren Nutflanke 9 eine Übergangshöhe H des ersten Übergangs 12 fest. Beispielsweise ist die Übergangshöhe H durch einen minimalen Abstand entlang der axialen Richtung A zwischen dem Nutgrund 11 und dem Flankenende 14 bezogen auf den gesamten Abgasturbolader 1 festgelegt. Ein entlang einer senkrecht zur axialen Richtung A verlaufenden radialen Richtung R gemessener Abstand zwischen dem Flankenende 14 und einem dem ersten Übergang 12 radial zugewandten Nutgrundende 15 legt eine Übergangsbreite B des ersten Übergangs 12 fest. Beispielsweise ist die Übergangsbreite B durch einen minimalen Abstand zwischen dem Flankenende 14 und dem Nutgrundende 15 bezogen auf den gesamten Abgasturbolader 1 festgelegt. Dabei ist die Übergangsbreite B des ersten Übergangs 12 betragsmäßig größer als die Übergangshöhe H des ersten Übergangs 12. Ein entlang der radialen Richtung R gemessener Abstand zwischen der radial inneren und der radial äußeren Nutflanke 9, 10 legt eine entlang der radialen Richtung R gemessene Nutbreite b fest. Die Übergangsbreite B beträgt beispielsweise zwischen 30 % und 60 % der Nutbreite b.
  • Bei den Beispielen der 2 und 3 umfasst der erste Übergang 12 wenigstens ein Teilbereich 16 - in den gezeigten Beispielen genau einen solchen Teilbereich 16 - der konisch ausgebildet ist. Dabei ist ein Scheitel eines Konuswinkels α des konisch ausgebildeten Teilbereichs 16 auf der nicht dargestellten Drehachse des Turbinenrads 4 angeordnet. Der konische Teilbereich 16 ist also koaxial zur Drehachse realisiert. Der Konuswinkel α ist beispielsweise ein stumpfer Winkel. In den 2 und 3 ist der halbe Konuswinkel α/2 zur axialen Richtung A, die parallel zur nicht gezeigten Drehachse verläuft, beispielhaft eingezeichnet. Der erste Übergang 12 umfasst im Beispiel der 2 und 3 außerdem einen gekrümmten Teilbereich 17, der - in dem die Drehachse enthaltenden Axialschnitt 18 betrachtet - einer gekrümmten Kontur 19 folgt.
  • Die Kontur 19 des gekrümmten Teilbereichs 17 legt beispielsweise einen Innenradius Ri1 fest. Den Beispielen der 2 und 3 entsprechend schließt sich der gekrümmte Teilbereich 17 des ersten Übergangs 12 radial innen an den konischen Teilbereich 16 des ersten Übergangs 12 an. In den Beispielen der 4 und 5 umfasst der erste Übergang 12 ebenfalls den gekrümmten Teilbereich 17, wobei aber gegenteilig zu den Beispielen der 2 und 3 auf einen konischen Teilbereich 17 verzichtet ist.
  • Gemäß den 2 bis 5 legt die Kontur 19 beispielsweise einen Innenradius Ri1 des gekrümmten Teilbereichs 17 fest, der betragsmäßig größer ist als die Nuttiefe t.
  • Wie die 2 und 3 erkennen lassen geht der erste Übergang 12 beispielsweise mittels einer ersten Verrundung 20 mit einem ersten Verrundungsradius Rv1 am Flankenende 14 der radial innere Nutflanke 9 in die radial innere Nutflanke 9 über. Dabei beträgt ein betragsmäßiges Verhältnis des ersten Verrundungsradius Rv1 zur Nuttiefe t zum Beispiel höchstens 1:10. Das betragsmäßige Verhältnis des ersten Verrundungsradius Rv1 zur Nuttiefe t kann höchstens 1:50 betragen. In den gezeigten Beispielen beträgt das Verhältnis des ersten Verrundungsradius Rv1 zur Nuttiefe t weniger als 1:100. Der erste Übergang 12 geht beispielsweise mittels einer zweiten Verrundung 21 mit einem zweiten Verrundungsradius Rv2 in den Nutgrund 11 über. Dabei beträgt ein betragsmäßiges Verhältnis des ersten Verrundungsradius Rv2 zur Nuttiefe t zum Beispiel höchstens 1:10. Das betragsmäßige Verhältnis des ersten Verrundungsradius Rv2 zur Nuttiefe t kann höchstens 1:50 betragen. In den gezeigten Beispielen beträgt das Verhältnis des ersten Verrundungsradius Rv2 zur Nuttiefe t weniger als 1:100.
  • Den 2 bis 5 ist ferner zu entnehmen, dass die radialäußere Nutflanke 10 mittels eines zweiten Übergangs 22 in den Nutgrund 11 übergeht. Dabei folgt der zweite Übergang 22 - in dem die Drehachse enthaltenden Axialschnitt 18 betrachtet - beispielsweise einer gekrümmten Kontur 19. Diese Kontur 19 des zweiten Übergangs 22 legt beispielsweise einen im Wesentlichen konstanten Innenradius Ri2 des zweiten Übergangs 22 fest. Der Innenradius Ri2 des zweiten Übergangs 22 ist beispielsweise betragsmäßig kleiner oder gleich der Nuttiefe t. So ist der Innenradius Ri2 des zweiten Übergangs 22 gemäß den 2 und 4 betragsmäßig gleich groß wie die Nuttiefe t. Gemäß den 3 und 5 ist der Innenradius Ri2 des zweiten Übergangs 22 betragsmäßig kleiner als die Nuttiefe t.
  • Gemäß den 2 bis 5 erstreckt sich der Nutgrund 11 beispielsweise entlang der radialen Richtung R, also senkrecht zur axialen Richtung A. Die Nuttiefe t beträgt beispielsweise 0,6 mm bis 2 mm. In den gezeigten Beispielen beträgt die Nuttiefe t zwischen 1,3 mm und 1,5 mm. Die radiale Länge des Nutgrunds 11 beträgt beispielsweise wenigstens 1,5 mm. Die Ausnehmung 8 ist mittels der Deckscheibe 7 der variablen Turbinengeometrie 5 wenigstens teilweise abgedeckt. Die Deckscheibe 7 ist im Abstand zur radial inneren Nutflanke 9 angeordnet, sodass radial zwischen Deckscheibe 7 und radial innerer Nutflanke 9 ein Ringspalt 23 ausgebildet ist. Über diesen Ringspalt 23 kann die Ausnehmung 8 in fluidischer Kommunikation mit dem Düsenraum 24 (siehe 1) stehen. Die radial innere Nutflanke 9 kann einen Fortsatz ausbilden, welcher in einer Zentralöffnung der Deckscheibe 7 aufgenommen ist. Entlang der axialen Richtung A gemessenen kann zwischen der Deckscheibe 7 und dem Flankenende 14 der radial inneren Flanke 9 ein axialer Abstand h vorhanden sein. Mittels eines solchen axialen Abstands h kann eine Kollision der Deckscheibe 7 mit dem ersten Übergang 12 vermieden werden, falls die Deckscheibe 7 eine axiale Verformung erfährt.
  • In den 2 bis 5 ist ferner gestrichelt auch ein Verlauf einer dem Stand der Technik entsprechenden Ausnehmung verdeutlicht, gemäß welchem der Nutgrund beiden Ends über Radien in die Nutflanken übergeht, wobei die Radien betragsmäßig gleich groß wie die Nuttiefe sind.
  • Von der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 100, die beispielsweise ein Ottomotor ist, ist in der 1 lediglich ihr Abgasturbolader 1 veranschaulicht. Die Brennkraftmaschine 100 umfasst darüber hinaus mehrere Zylinder. Außerdem umfasst die Brennkraftmaschine 100 einen Frischluftstrang zum Einleiten von Frischluft in diese Zylinder und einen Abgasstrang zum Abführen des in den Zylindern erzeugten Abgases. Der Verdichter des Abgasturboladers 1 der Brennkraftmaschine 100 ist im Frischluftstrang angeordnet und die Turbine 2 des Abgasturboladers 1 ist im Abgasstrang der Brennkraftmaschine 100 angeordnet.

Claims (18)

  1. Abgasturbolader (1) für eine Brennkraftmaschine (100) eines Kraftfahrzeugs, - mit einem Verdichter und mit einer Turbine (2), - wobei die Turbine (2) ein Turbinengehäuse (3) und ein Turbinenrad (4) umfasst, welches um eine Drehachse drehbar gelagert ist, wobei sich die Drehachse entlang einer axialen Richtung (A) erstreckt, - wobei die Turbine (2) außerdem eine variable Turbinengeometrie (5) mit Leitschaufeln (6) und mit einer Deckscheibe (7) aufweist, - wobei am Turbinengehäuse (3) eine Ausnehmung (8), insbesondere eine Ringnut, mit einer radial inneren und mit einer radial äußeren Nutflanke (9, 10) und mit einem zwischen den Nutflanken (9, 10) angeordneten Nutgrund (11) ausgebildet ist, wobei der Nutgrund (11) und die radial innere Nutflanke (9) mittels eines dazwischen angeordneten (ersten), sich vom Nutgrund (11) weg verjüngenden Übergangs (12) der Ausnehmung (8) miteinander verbunden sind, - wobei an der radial äußeren Nutflanke (10) dem Nutgrund (11) abgewandt eine Auflagefläche (13) des Turbinengehäuses (3) vorhanden ist, an welcher die Deckscheibe (7) anliegt und zu welcher im Abstand der Nutgrund (11) - entlang der axialen Richtung (A) gemessen - in einer Nuttiefe (t) angeordnet ist, - wobei ein entlang der axialen Richtung (A) gemessener Abstand zwischen dem Nutgrund (11) und einem den (ersten) Übergang (12) begrenzenden Flankenende (14) der radial inneren Nutflanke (9) eine Übergangshöhe (H) des (ersten) Übergangs (12) festlegt und wobei ein entlang einer senkrecht zur axialen Richtung (A) verlaufenden radialen Richtung (R) gemessener Abstand zwischen dem Flankenende (14) und einem dem (ersten) Übergang (12) radial zugewandten Nutgrundende (15) eine Übergangsbreite (B) des (ersten) Übergangs (12) festlegt, - wobei die Übergangsbreite (B) des (ersten) Übergangs (12) betragsmäßig größer ist als die Übergangshöhe (H) des (ersten) Übergangs (12).
  2. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - ein entlang der radialen Richtung (R) gemessener Abstand zwischen der radial inneren und der radial äußeren Nutflanke (9, 10) eine entlang der radialen Richtung (R) gemessene Nutbreite (b) festlegt, - die Übergangsbreite (B) zwischen 30% und 60% der Nutbreite (b) beträgt.
  3. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der (erste) Übergang (12) zumindest einen konisch ausgebildeten Teilbereich (16) aufweist.
  4. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheitel eines Konuswinkels (a) des konisch ausgebildeten Teilbereichs (16) auf der Drehachse des Turbinenrads (4) angeordnet ist.
  5. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Konuswinkel (a) ein stumpfer Winkel ist.
  6. Abgasturbolader (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der (erste) Übergang (12) einen gekrümmten Teilbereich (17) aufweist, der- in einem die Drehachse enthaltenden Axialschnitt (18) betrachtet - einer gekrümmten Kontur (19) folgt.
  7. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 6, bei Rückbezug auf einen der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass - die Kontur (19) einen Innenradius (Ri1) des gekrümmten Teilbereichs (17) festlegt, der betragsmäßig kleiner ist als die Nuttiefe (t), - der gekrümmte Teilbereich (17) des (ersten) Übergangs (12) sich radial innen an den konischen Teilbereich (16) des (ersten) Übergangs (12) anschließt.
  8. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (19) einen Innenradius (Ri1) des gekrümmten Teilbereichs (17) festlegt, der betragsmäßig größer ist als die Nuttiefe (t).
  9. Abgasturbolader (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der (erste) Übergang (12) mittels einer (ersten) Verrundung (20) mit einem (ersten) Verrundungsradius (Rv1) am Flankenende (14) der radial inneren Nutflanke (9) in die radial innere Nutflanke (9) übergeht, wobei ein betragsmäßiges Verhältnis des (ersten) Verrundungsradius (Rv1) zur Nuttiefe (t) höchstens 1:10, vorzugsweise höchstens 1:50, höchst vorzugsweise höchstens 1:100 beträgt.
  10. Abgasturbolader (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der (erste) Übergang (12) mittels einer (zweiten) Verrundung (21) mit einem (zweiten) Verrundungsradius (Rv2) in den Nutgrund (11) übergeht, wobei ein betragsmäßiges Verhältnis des (zweiten) Verrundungsradius (Rv2) zur Nuttiefe (t) höchstens 1:10, vorzugsweise höchstens 1:50, höchst vorzugsweise 1:100 beträgt.
  11. Abgasturbolader (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußere Nutflanke (10) mittels eines zweiten Übergangs (22) in den Nutgrund (11) übergeht, wobei der zweite Übergang (22) - in einem die Drehachse enthaltenden Axialschnitt (18) betrachtet - bevorzugt einer gekrümmten Kontur (19) folgt, die einen im Wesentlichen konstanten Innenradius (Ri2) des zweiten Übergangs (22) festlegt.
  12. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenradius (Ri2) des zweiten Übergangs (22) im Wesentlichen betragsmäßig kleiner oder gleich der Nuttiefe (t) ist.
  13. Abgasturbolader (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (11) sich entlang der radialen Richtung (R) erstreckt.
  14. Abgasturbolader (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuttiefe (t) zwischen 0,6mm und 2mm, vorzugsweise zwischen 1,3mm und 1,5mm, beträgt.
  15. Abgasturbolader (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine entlang der radialen Richtung (R) gemessene Länge des Nutgrunds (11) wenigstens 1,5 mm beträgt.
  16. Abgasturbolader (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) mittels der Deckscheibe (7) der variablen Turbinengeometrie (5) zumindest teilweise abgedeckt ist.
  17. Abgasturbolader (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckscheibe (7) im Abstand zur radial inneren Nutflanke (9) angeordnet ist, sodass bevorzugt radial zwischen Deckscheibe (7) und radial innerer Nutflanke (9) ein Ringspalt (23) ausgebildet ist.
  18. Brennkraftmaschine (100), insbesondere Ottomotor, - mit mehreren Zylindern, - mit einem Frischluftstrang zum Einleiten von Frischluft in die Zylinder und mit einem Abgasstrang zum Abführen des in den Zylindern erzeugten Abgases, - mit einem Abgasturbolader (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Verdichter im Frischluftstrang angeordnet ist und dessen Turbine (2) im Abgasstrang der Brennkraftmaschine (100) angeordnet ist.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102012219355A1 (de) 2012-10-23 2014-04-24 Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg Leitschaufel-Anordnung für einen Abgasturbolader
US20190301358A1 (en) 2016-12-01 2019-10-03 Man Energy Solutions Se Turbocharger
DE102018221812A1 (de) 2018-12-14 2020-06-18 Continental Automotive Gmbh Abgasturbine mit einer Abgasleiteinrichtung für einen Abgasturbolader und Abgasturbolader

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