DE10260042A1 - Automotive exhaust system turbocharger housing fabricated of heat-hardened plastic with a compressor front section and an interior helical contour - Google Patents

Automotive exhaust system turbocharger housing fabricated of heat-hardened plastic with a compressor front section and an interior helical contour Download PDF

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Abstract

An automotive exhaust system has a turbocharger housing (1) with a compressor housing (2) fabricated of heat-hardened plastic. The compressor housing has a compressor rear wall (4) and a compressor chamber (5), with a compressor front section (3) with an interior helical contour (7).

Description

Die Erfindung betrifft ein Turbolader-Gehäuse eines Abgas-Turboladers eines Verbrennungsmotors.The invention relates to a turbocharger housing Exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine.

Ein Gehäuse eines Abgasturboladers, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ist in der Regel aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Eine Gewichtseinsparung ist durch die Verwendung von keramischen Werkstoffen oder Kohlenstoffverbundwerkstoffen möglich. Turbolader-Gehäuse aus solchen Werkstoffen sind beispielsweise aus der US 6,238,617 B1 und aus der US 5,810,556 A bekannt. Diese Turbolader-Gehäuse bedingen jedoch aufwändige Fertigungsverfahren.A housing of an exhaust gas turbocharger, in particular for a motor vehicle, is generally made of a metallic material. Weight savings are possible through the use of ceramic materials or carbon composite materials. Turbocharger housings made of such materials are, for example, from the US 6,238,617 B1 and from the US 5,810,556 A. known. However, these turbocharger housings require complex manufacturing processes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Turbolader-Gehäuse für einen Abgasturbolader eines Verbrennungsmotors anzugeben, welches sich bei geringem Gewicht durch eine besonders rationelle Herstellungsmöglichkeit auszeichnet.The invention is based on the object Turbocharger housing for one Exhaust gas turbocharger to specify an internal combustion engine, which is at low weight due to a particularly efficient manufacturing option distinguished.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Turbolader-Gehäuse eines Abgasturboladers eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Turbolader-Gehäuse weist ein Verdichtergehäuse auf, welches aus einem Duroplast gefertigt ist. Das Verdichtergehäuse ist dabei mehrteilig ausgebildet mit einer Verdichterrückwand und einem Verdichterfrontteil, welche zwischen sich einen Verdichterinnenraum einschließen. Zumindest im Bereich des Verdichterfrontteils weist die von diesem gebildete Wandung des Verdichterinnenraums eine Schneckenkontur auf. Die mehrteilige Ausbildung des Verdichtergehäuses aus Duroplast-Bauteilen ermöglicht sehr rationelle Fertigungsverfahren, wobei ohne Nachbearbeitung gute Oberflächenqualitäten erzeugbar sind. Durch diese gute Oberflächenqualität der Verdichterrückwand sowie des Verdichterfrontteils ist die innere Reibung der Luft im Verdichterinnenraum herabgesetzt. Die geringe Reibung erhöht zum einen unmittelbar die im Verdichterinnenraum erzielbaren Strömungsgeschwindigkeiten und damit den möglichen Luftdurchsatz durch den Verdichter. Zum anderen bewirkt die geringe Reibung eine entsprechend geringe reibungsbedingte Aufheizung der Luft, wodurch die Aufheizung der Luft im Verdichter reduziert wird und somit die geförderte Luftmasse zusätzlich erhöht wird.According to the invention, this object is achieved by a turbocharger housing an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine with the features of Claim 1. The turbocharger housing has a compressor housing which is made of a thermoset. The compressor housing is formed in several parts with a compressor rear wall and a compressor front part, which has a compressor interior between them lock in. At least in the area of the front part of the compressor points from it formed wall of the compressor interior a screw contour on. The multi-part design of the compressor housing Duroplastic components enabled very rational manufacturing processes, without post-processing good surface qualities can be produced are. Because of this good surface quality of the compressor rear wall as well of the compressor front part is the internal friction of the air inside the compressor reduced. The low friction on the one hand directly increases the Compressor interior achievable flow rates and thus the possible Air flow through the compressor. On the other hand, the low one Friction is a correspondingly low heating due to friction Air, which reduces the heating of the air in the compressor and thus the delivered air mass additionally elevated becomes.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bei einem Abgasturbolader für einen Verbrennungsmotor stark temperaturbeanspruchte Bauteile hauptsächlich im Bereich der Turbine vorhanden sind. Die Werkstoffe der Turbine des Turboladers müssen daher eine entsprechende Temperaturbeständigkeit aufweisen. Dagegen sind die Bauteile des Turboladers in dessen Verdichterteil vergleichsweise gering thermisch beansprucht. Die in diesem Teil des Turboladers, insbesondere des Turbolader-Gehäuses verwendeten Werkstoffe müssen daher nicht notwendigerweise mit den für die Turbine des Turboladers verwendeten Werkstoffen übereinstimmen oder eine ähnliche Temperaturbeständigkeit aufweisen. Aus diesem Grund kann das Gehäuse des Turboladers im Bereich des Verdichters, das so genannte Verdichtergehäuse, aus einem thermisch relativ gering belastbaren, jedoch sehr rationell verarbeitbaren Werkstoff, nämlich einem Duroplast, gefertigt sein. Durch die Teilung des Verdichtergehäuses in eine Verdichterrückwand und ein Verdichterfrontteil ist eine besonders rationelle Herstellung, z.B. im Druckguss- oder Spritzgussverfahren, ermöglicht.The invention is based on the consideration from that strong in an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine Components subject to high temperatures mainly in the area of the turbine available. The materials of the turbine of the turbocharger must therefore have an appropriate temperature resistance. On the other hand are the components of the turbocharger in its compressor part comparatively low thermal stress. The in this part of the turbocharger, especially the turbocharger housing used materials must therefore not necessarily with those for the turbine of the turbocharger used materials match or a similar one Have temperature resistance. For this reason, the housing of the Turbocharger in the area of the compressor, the so-called compressor housing a relatively low thermal load, but very efficient processable material, namely a thermoset. By dividing the compressor housing into a compressor rear wall and a compressor front part is a particularly efficient production, e.g. in die casting or injection molding.

Die Schneckenkontur des Verdichterinnenraums ist zumindest im Wesentlichen im Bereich des Verdichterfrontteils ausgebildet. In fertigungstechnisch vorteilhafter Weise ist das Verdichterfrontteil bevorzugt mehrteilig, mit einer Außenschale und einer Laufschale, ausgebildet. Dabei weist die Laufschale bevorzugt eine, bezogen auf die Rotationsachse des Turbinenlaufrads, zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrische Laufradgegenfläche auf.The screw contour of the compressor interior is at least essentially in the area of the compressor front part educated. This is advantageous in terms of production technology Compressor front part preferably in several parts, with an outer shell and a running shell. The barrel shell preferably has one, based on the axis of rotation of the turbine impeller, at least essentially rotationally symmetrical impeller counter surface.

Die Verdichterrückwand kann in fertigungstechnisch besonders einfacher Weise eine im Wesentlichen ebene Begrenzung des Verdichterinnenraums bilden. Eine strömungstechnische Verbesserung im Verdichterinnenraum ist jedoch vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Schneckenkontur innerhalb des Verdichterinnenraums teilweise auch durch die Verdichterrückwand gebildet ist.The compressor rear wall can be used in production engineering an essentially flat boundary in a particularly simple manner of the compressor interior. A fluidic improvement in the compressor interior, however, is preferably achieved by that the screw contour partially inside the compressor interior also through the rear wall of the compressor is formed.

Ein Öffnen des aus der Verdichterrückwand und dem Verdichterfrontteil zusammengesetzten Turbolader-Gehäuses ist in der Regel nicht vorgesehen. Das Verdichterfrontteil ist daher mit der Verdichterrückwand vorzugsweise nicht lösbar, beispielsweise durch eine Schnappverbindung und/oder eine Klebeverbindung gasdicht verbunden.Opening the from the back of the compressor and the compressor front part is assembled turbocharger housing usually not provided. The compressor front part is therefore with the compressor rear wall preferably not solvable, for example by a snap connection and / or an adhesive connection connected gastight.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt die einzige Figur schematisch im Querschnitt ein Turbolader-Gehäuse.An embodiment of the Invention explained in more detail with reference to a drawing. Here shows the only one Figure schematically in cross section a turbocharger housing.

In der Figur ist ein Turbolader-Gehäuse 1 ausschnittsweise dargestellt. Die Darstellung zeigt ausschließlich das Verdichtergehäuse 2 mit einem Verdichterfrontteil 3 und einer Verdichterrückwand 4. Zwischen den in der Darstellung getrennten Verdichtergehäuseteilen 3, 4 ist ein Verdichterinnenraum 5 eingeschlossen. Eine Achse A ist die Rotationsachse eines nicht dargestellten Verdichterlaufrades, welches in den Verdichterinnenraum 5 einzusetzen ist. Der ebenfalls nicht dargestellte Turbinenteil schließt sich an die in der Darstellung rechte Seite der Verdichterrückwand 4 an. Das Gehäuse des Turbinenteils ist aus einem ausreichend temperaturbeständigen Werkstoff, beispielsweise Metallguss, gefertigt. Dagegen ist sowohl die Verdichterrückwand 4 als auch das Verdichterfrontteil 3 aus einem Duroplast, vorzugsweise im Spritzguss- oder Druckgussverfahren, gefertigt. Das Verdichterfrontteil 3 setzt sich zusammen aus einer Außenschale 6, welche eine den Verdichterinnenraum 5 begrenzende Schneckenkontur 7 bildet, sowie einer Laufschale 8. Die Laufschale 8 weist eine rotationssymmetrische Laufradgegenfläche 9 auf, wobei die Kontur des Laufrades der Laufradgegenfläche 9 gegenüberliegt und das Laufrad radial, bezogen auf die Achse A, nicht über die Laufradgegenfläche 9 hinausragt. Die mehrteilige Ausbildung des Verdichterfrontteils 3 ermöglicht in fertigungstechnisch günstiger Weise eine hinterschneidungsfreie Geometrie sowohl der Laufschale 8 als auch der Außenschale 6.In the figure is a turbocharger housing 1 shown in sections. The illustration shows only the compressor housing 2 with a compressor front part 3 and a compressor rear wall 4 , Between the compressor housing parts separated in the illustration 3 . 4 is a compressor interior 5 locked in. An axis A is the axis of rotation of a compressor impeller, not shown, which is in the compressor interior 5 is to be used. The turbine part, also not shown, adjoins the right side of the compressor rear wall in the illustration 4 on. The housing of the turbine part is made of a sufficiently temperature-resistant material, for example cast metal. In contrast, both the rear wall of the compressor 4 as well as the compressor front part 3 made of a thermoset, preferably by injection molding or die casting. The compressor front part 3 is composed of an outer shell 6 which one the compressor interior 5 limiting snail contour 7 forms, as well as a barrel 8th , The barrel 8th has a rotationally symmetrical impeller counter surface 9 on, the contour of the impeller of the impeller counter surface 9 opposite and the impeller radial, with respect to the axis A, not over the impeller counter surface 9 protrudes. The multi-part design of the compressor front part 3 enables undercut-free geometry of both the barrel shell in a way that is favorable in terms of production technology 8th as well as the outer shell 6 ,

Die zu verdichtende Luft wird in Einströmrichtung E angesaugt und in einem Austrittsbereich 10 senkrecht zur dargestellten Ebene ausgestoßen. Eine Verbindungsstelle 11 zwischen dem Verdichterfrontteil 3 und der Verdichterrückwand 4 ist als Nut-und-Feder-Verbindung ausgebildet und außermittig, nahe einer Abschlussplatte 12 der Verdichterrückwand 4 angeordnet. Die Schneckenkontur 7 ist somit zum größten Teil durch das Verdichterfrontteil 3 und zu einem nur geringen Teil von der Verdichterrückwand 4 gebildet. Die Verbindungsstelle 11 ist von der Kontur des in den Verdichterinnnenraum 5 einzusetzenden Laufrades relativ weit beabstandet, insbesondere im Vergleich zum Abstand zwischen der Laufradgegenfläche 9 und dem Laufrad. Durch die deutliche Beabstandung der Verbindungsstelle 11 vom Laufrad sind eventuelle geringe Unebenheiten im Bereich der Verbindungsstelle 11 für die Strömungsverhältnisse im Verdichterinnenraum 5 praktisch nicht relevant. Dagegen ist der Verdichterinnenraum 5 in denjenigen Bereichen, die vom Laufrad nur gering beabstandet sind, insbesondere an der Laufradgegenfläche 9 sowie an einer dieser gegenüberliegenden inneren Rückwandoberfläche 13 mit einer hohen Oberflächenqualität ausgebildet. Diese Oberflächenqualität ist im Spritzguss- oder im Druckgussverfahren ohne Nachbearbeitung herstellbar. Insbesondere weist die Oberfläche im Verdichterinnenraum 5 eine geringere Rauigkeit auf als typischerweise im Druckgussverfahren hergestellte metallische Oberflächen.The air to be compressed is sucked in in the inflow direction E and in an outlet area 10 ejected perpendicular to the plane shown. A liaison office 11 between the compressor front part 3 and the compressor rear wall 4 is designed as a tongue and groove connection and off-center, near an end plate 12 the compressor rear wall 4 arranged. The snail contour 7 is therefore largely through the compressor front part 3 and only a small part of the compressor rear wall 4 educated. The liaison office 11 is from the contour of the inside of the compressor 5 impeller to be used relatively far apart, in particular compared to the distance between the impeller counter surface 9 and the impeller. Due to the clear spacing of the connection point 11 There are any slight unevenness in the area of the connection point from the impeller 11 for the flow conditions in the compressor interior 5 practically not relevant. The compressor interior is against it 5 in those areas that are only slightly spaced from the impeller, especially on the impeller counter surface 9 as well as on an inner rear wall surface opposite this 13 trained with a high surface quality. This surface quality can be produced by injection molding or die casting without post-processing. In particular, the surface faces in the interior of the compressor 5 less roughness on metal surfaces typically produced using the die casting process.

An der Verbindungsstelle 11 ist das Verdichterfrontteil 3 mit der Verdichterrückwand 4 verklebt. Alternativ oder zusätzlich könnte auch eine Schnappverbindung vorgesehen sein. Analog kann auch die Verbindung zwischen der Außenschale 6 und der Laufschale 8 des Verdichterfrontteils 3 beipielsweise durch eine Klebe- und/oder Schnappverbindung gegeben sein. Ebenso ist eine einstückige Ausbildung des Verdichterfrontteils 3 möglich.At the junction 11 is the compressor front part 3 with the compressor rear wall 4 bonded. Alternatively or additionally, a snap connection could also be provided. The connection between the outer shell can be analogous 6 and the barrel 8th of the compressor front part 3 be given, for example, by an adhesive and / or snap connection. There is also a one-piece design of the compressor front part 3 possible.

11
Turbolader-GehäuseTurbocharger housing
22
Verdichtergehäusecompressor housing
33
VerdichterfrontteilCompressor front part
44
VerdichterrückwandCompressor rear wall
55
VerdichterinnenraumCompressor interior
66
Außenschaleouter shell
77
Schneckenkonturscrew contour
88th
Laufschalebearing shell
99
LaufradgegenflächeImpeller mating surface
1010
Austrittsbereichexit area
1111
Verbindungsstellejunction
1212
AbschlussplatteEnd plate
1313
RückwandoberflächeRear wall surface
AA
Achseaxis
Ee
Einströmrichtunginflow

Claims (6)

Turbolader-Gehäuse (1) eines Abgasturboladers eines Verbrennungsmotors, mit einem aus einem Duroplast gefertigten Verdichtergehäuse (2), welches eine Verdichterrückwand (4) sowie ein unter Bildung eines Verdichterinnenraums (5) mit dieser verbundenes Verdichterfrontteil (3) mit einer innenseitigen Schneckenkontur (7) umfasst.Turbocharger housing ( 1 ) an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, with a compressor housing made of a thermoset ( 2 ), which has a compressor rear wall ( 4 ) and one with the formation of a compressor interior ( 5 ) connected to this compressor front part ( 3 ) with an inside snail contour ( 7 ) includes. Turbolader-Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterfrontteil (3) mehrteilig, mit einer Außenschale (6) und einer Laufschale (8), ausgebildet ist.Turbocharger housing according to claim 1, characterized in that the compressor front part ( 3 ) multi-part, with an outer shell ( 6 ) and a running bowl ( 8th ), is trained. Turboladergehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschale (8) eine zumindest annähernd rotationssymmetrisch ausgebildete Laufradgegenfläche (9) aufweist.Turbocharger housing according to claim 2, characterized in that the running shell ( 8th ) an at least approximately rotationally symmetrical impeller counter surface ( 9 ) having. Turbolader-Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterfrontteil (3) mit der Verdichterrückwand (4) durch eine Schnappverbindung verbunden ist.Turbocharger housing according to one of claims 1 to 3, characterized in that the compressor front part ( 3 ) with the compressor rear wall ( 4 ) is connected by a snap connection. Turbolader-Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterfrontteil (3) mit der Verdichterrückwand (4) verklebt ist.Turbocharger housing according to one of claims 1 to 4, characterized in that the compressor front part ( 3 ) with the compressor rear wall ( 4 ) is glued. Turbolader-Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenkontur (7) teilweise durch die Verdichterrückwand (4) gebildet ist.Turbocharger housing according to one of claims 1 to 5, characterized in that the screw contour ( 7 ) partly through the rear wall of the compressor ( 4 ) is formed.
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