DE10260779A1 - Abgasturbolader - Google Patents

Abgasturbolader Download PDF

Info

Publication number
DE10260779A1
DE10260779A1 DE10260779A DE10260779A DE10260779A1 DE 10260779 A1 DE10260779 A1 DE 10260779A1 DE 10260779 A DE10260779 A DE 10260779A DE 10260779 A DE10260779 A DE 10260779A DE 10260779 A1 DE10260779 A1 DE 10260779A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
exhaust gas
turbine
turbocharger according
gas turbocharger
wheel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10260779A
Other languages
English (en)
Inventor
Wolfram Dipl.-Ing. Schmid
Siegfried Dipl.-Ing. Sumser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Priority to DE10260779A priority Critical patent/DE10260779A1/de
Publication of DE10260779A1 publication Critical patent/DE10260779A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/30Arrangements for supply of additional air
    • F01N3/32Arrangements for supply of additional air using air pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/029Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles by adding non-fuel substances to exhaust
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/22Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/24Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/32Inducing air flow by fluid jet, e.g. ejector action
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/09Constructional details, e.g. structural combinations of EGR systems and supercharger systems; Arrangement of the EGR and supercharger systems with respect to the engine
    • F02M26/10Constructional details, e.g. structural combinations of EGR systems and supercharger systems; Arrangement of the EGR and supercharger systems with respect to the engine having means to increase the pressure difference between the exhaust and intake system, e.g. venturis, variable geometry turbines, check valves using pressure pulsations or throttles in the air intake or exhaust system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23Layout, e.g. schematics
    • F02M26/28Layout, e.g. schematics with liquid-cooled heat exchangers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/40Application in turbochargers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/60Fluid transfer
    • F05D2260/601Fluid transfer using an ejector or a jet pump
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

Ein Abgasturbolader (2) für eine Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Verdichter (5) im Ansaugtrakt (6) und eine Abgasturbine (3) im Abgasstrang (4). Die Abgasturbine (3) bildet eine Pumpe für eine Gasfördereinrichtung, wobei eine der Gasfördereinrichtung (18, 21) zugeordnete Gasförderleitung in den Austrittsbereich (28) des Turbinenrades (27) der Abgasturbine (3) mündet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • In der Druckschrift DE 199 29 876 A1 wird eine Brennkraftmaschine mit einer Entlüftungseinrichtung beschrieben, die zur Entlüftung der Kurbelgehäusegase dient. Die Entlüftungseinrichtung umfasst eine vom Kurbelgehäuse abzweigende Entlüftungsleitung, die in einen Ölabscheider mündet, sowie eine mit dem Ölabscheider verbundene Gasförderleitung, welche in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine stromauf eines Verdichters eines Abgasturboladers einmündet. Der vom Verdichter im Ansaugbereich erzeugte Unterdruck fördert das gereinigte Gas aus dem Ölabscheider über die Gasförderleitung in den Ansaugtrakt hinein.
  • Bei derartigen Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtungen kann das Problem auftreten, dass im Falle einer unzureichenden Ö1-abscheidung das in den Ansaugtrakt rückgeführte Gas noch einen unzulässig hohen Ölanteil enthält, welcher zu einer Verschmutzung sowohl des Verdichters als auch eines nachgeschalteten Ladeluftkühlers führt. Hierdurch kann die Funktion des Verdichters und des Ladeluftkühlers beeinträchtigt werden.
  • Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, mit einfachen Maßnahmen einen Abgasturbolader in der Weise auszubilden, dass über die originäre Funktion der Verdichtung von Verbrennungsluft hinaus ein weiterer Einsatz als Gasförderpumpe möglich ist. Bei einer Verwendung des Abgasturboladers in einer Brennkraftmaschine mit Entlüftungseinrichtung soll eine Ölverschmutzung von im Ansaugtrakt angeordneten Aggregaten vermieden werden.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
  • In dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader bildet die Abgasturbine eine Pumpe für die Gasfördereinrichtung, wobei eine Gasförderleitung, die Bestandteil der Gasfördereinrichtung ist, in den Austrittsbereich des Turbinenrades der Abgasturbine einmündet. Aufgrund der Rotation des Turbinenrades wird ein strömungstechnischer Mitnahmeeffekt nach Art einer Strahldruckpumpe erzielt, bei dem das über die Gasförderleitung eintretende Gas durch die Rotation des Turbinenrades aus der Mündung herausgesaugt wird. Aufgrund dieses Effektes kann eine Förderwirkung auch für den Fall erreicht werden, dass stromab der Abgasturbine der gleiche oder nur ein unwesentlich geringerer Druck herrscht als stromauf in der Gasförderleitung.
  • Die Abgasturbine kann vorteilhaft für eine Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung in einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden, wobei in diesem Fall die Gasförderleitung vom Kurbelgehäuse abzweigt und die Entlüftungsgase aus dem Kurbelgehäuse – nach dem Durchlaufen eines Ölabscheiders – in den Austrittsbereich des Turbinenrades überführt werden. Auf diese Weise kann ohne zusätzliche Pumpe eine Kurbelgehäuseentlüf tung realisiert werden, wobei gegebenenfalls über ein in der Gasförderrichtung angeordnetes, einstellbares Ventil eine Regulierung des zu fördernden Gasstromes durchgeführt werden kann, so dass die Funktion der Abgasturbine als Gasförderpumpe unabhängig von der Funktion zum Antreiben des Verdichters im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine ist. Die gereinigten Entlüftungsgase werden in dieser Ausführung in die Abgasleitung eingeleitet; der Ansaugtrakt bleibt frei von Entlüftungsgasen und wird daher auch nicht mit Ölresten verschmutzt.
  • Alternativ oder zusätzlich ist die Gasfördereinrichtung Bestandteil einer Lufteinblaseeinrichtung, wobei in dieser Ausführung über die Gasförderleitung Umgebungsluft in die Abgasturbine eingeleitet werden kann. Diese Umgebungsluft kann in einem der Turbine nachgeordneten Katalysator zur Unterstützung der Katalysatorfunktion und/oder einem Rußfilter zur Unterstützung des Abbrennprozesses des Rußes insbesondere nach einem Kaltstart des Motors ausgenutzt werden. Auch in der Funktion als Lufteinblaseeinrichtung kann in der Gasförderleitung ein einstellbares Ventil vorgesehen sein. Für den Fall, dass sowohl eine Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung als auch eine Lufteinblaseeinrichtung vorgesehen sind, münden die beiden Gasförderleitungen dieser Einrichtungen zweckmäßig in einen gemeinsamen Leitungsabschnitt, welcher in den Austrittsbereich des Turbinenrades geführt ist. Eine Einstellung des zu fördernden Gasmassenstromes aus dem Kurbelgehäuse bzw. aus der Umgebung erfolgt vorteilhaft über ein im Mündungsbereich der beiden Gasförderleitungen in den gemeinsamen Leitungsabschnitt angeordnetes Ventil.
  • Gemäß einer zweckmäßigen konstruktiven Ausführung ist im Austrittsbereich in der das Turbinenrad umgreifenden Wandung des Turbinengehäuses ein Ringraum ausgebildet, in den die Gasför derleitung einmündet. In den Ringraum sind Düsenöffnungen eingebracht, die in den das Turbinenrad aufnehmenden Austrittsbereich hin geöffnet sind. Die in den Austrittsbereich mündenden Düsenöffnungen haben eine Ejektorwirkung, wodurch der Pumpeffekt verstärkt wird.
  • Dieser Pumpeffekt kann zusätzlich dadurch unterstützt werden, dass die Düsenöffnungen in Umfangsrichtung gegenüber einem Umfangskreis unter einem Winkel in den Austrittsbereich einmünden, der kleiner ist als 90°, insbesondere kleiner als 30°. Bei einem derart flachen Winkel gegenüber der Umfangsbzw. Drehrichtung können die Turbinenschaufeln des Turbinenrades die über die Düsenöffnungen zuzuführende Gasmasse in Drehrichtung heraussaugen.
  • Darüber hinaus kann der Saugeffekt noch dadurch verstärkt werden, dass die Düsenöffnungen gegenüber einer senkrecht zur Radachse stehenden Radebene unter einem Winkel in den Austrittsbereich einmünden, der gegenüber einer Parallelen zur Turbinenradachse einen Winkel einschließt, der zweckmäßig kleiner ist als 90°. Die in den Austrittsbereich eintretende Strömung weist somit in Richtung des Turbinenausganges.
  • Die das Turbinenrad umgreifende Innenwand des Turbinengehäuses im Bereich des Austrittes ist – in Umfangsrichtung gesehen – zwischen benachbarten Düsenöffnungen zurückgesetzt, so dass der Bereich, in welchen die Düsenöffnungen in den Turbinenaustritt einmünden, zur Turbinenradachse einen geringeren radialen Abstand aufweist als der Bereich in der Mitte zwischen benachbarten Düsenöffnungen. Diese Ausführung führt zu einem pulsierenden Druckverlauf und zu einer verstärkten Saugwirkung in dem den Düsenöffnungen unmittelbar benachbarten Bereich.
  • Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, die Schaufeln des Turbinenrades im Bereich des Radaustrittes gekrümmt auszuführen. Hierbei kommt sowohl eine Vorwärtskrümmung – der radial außen liegende Schaufelbereich ist in Drehrichtung gekrümmt – als auch eine Rückwärtskrümmung – der radial außen liegende Schaufelbereich ist entgegen der Drehrichtung gekrümmt – in Betracht. In beiden Fällen wird die Ejektorgeschwindigkeit, unter der das zugeführte Gas über die Düsenöffnungen in den Radaustritt einströmt, stark angehoben, was einer Vergrößerung der Saugwirkung gleich kommt. Die Rückwärtskrümmung weist zudem den Vorteil auf, dass dadurch die Leistungsdichte der Turbine verstärkt werden kann.
  • Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader, dessen Abgasturbine eine Pumpe für eine Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung sowie für eine Lufteinblaseeinrichtung bildet,
  • 2 einen Schnitt durch die Abgasturbine mit einem in das Turbinengehäuse eingebrachten Anschlusskanal, über den das zu fördernde Gas in den Austrittsbereich des Turbinenrades einzuleiten ist,
  • 3 einen Schnitt durch das Turbinenrad sowie den das Turbinenrad umgreifenden Wandbereich mit der Darstellung eines Ringraumes, in welchen das zu fördernde Gas einströmt, sowie Düsenöffnungen zwischen dem Ringraum und dem Turbinenrad,
  • 4 eine 3 entsprechende Darstellung, jedoch mit in Drehrichtung bzw. Vorwärtsrichtung gekrümmten Radschaufeln,
  • 5 einen weiteren Schnitt durch ein Turbinenrad, auf dessen Schaufelspitzen Radaufsätze aufgesetzt sind, die die Funktion eines Radialverdichters übernehmen.
  • In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Der in 1 dargestellten Brennkraftmaschine 1 – ein Ottomotor oder ein Dieselmotor – ist ein Abgasturbolader 2 mit einer Abgasturbine 3 im Abgasstrang 4 und einem Verdichter 5 im Ansaugtrakt 6 zugeordnet. Die Abgasturbine 3 wird von den unter Druck stehenden Abgasen der Brennkraftmaschine 1 angetrieben. Über eine Welle 7 wird der Verdichter 5 von der Abgasturbine 3 angetrieben, welcher Umgebungsluft ansaugt und auf einen erhöhten Ladedruck verdichtet. Die Abgasturbine 3 ist mit einer variablen Turbinengeometrie 8 zur veränderlichen Einstellung des wirksamen Turbineneintrittsquerschnittes ausgestattet.
  • Stromab des Verdichters 5 ist im Ansaugtrakt 6 ein Ladeluftkühler angeordnet, in den die zuvor im Verdichter 5 komprimierte Luft eintritt und gekühlt wird. Stromab des Ladeluftkühlers 9 wird die Ladeluft unter Ladedruck den Zylindereinlässen der Brennkraftmaschine 1 zugeführt.
  • Des Weiteren ist die Brennkraftmaschine 1 mit einer Abgasrückführungseinrichtung 10 ausgestattet, welche eine Rückführleitung 11 zwischen dem Abgasstrang 4 stromauf der Abgasturbine 3 und dem Ansaugtrakt 6 stromab des Ladeluftkühlers 9 umfasst. In die Rückführleitung 11 ist ein einstellbares Rückführventil 12 sowie ein Kühler 13 integriert.
  • Im Abgasstrang 4 ist stromab der Abgasturbine 3 ein Katalysator 15 zur katalytischen Reinigung der abzublasenden Abgase angeordnet. Dem Katalysator 15 kann – im Falle eines Dieselmotors – ein Rußfilter 16 vorgeschaltet sein, über den Rußpartikel auszufiltern und gegebenenfalls abzubrennen sind.
  • Weiterhin ist die Brennkraftmaschine 1 mit einer Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung 17 ausgestattet, die eine Gasförderleitung 18 zwischen dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine und der Abgasturbine 3 umfasst. In der Gasförderleitung 18 befindet sich ein Rückschlagventil 19, welches in Richtung Abgasturbolader 3 öffnet und ein unerwünschtes Rückströmen zurück in das Kurbelgehäuse verhindert. Gegebenenfalls kann das Ventil 19 aber auch als aktiv einstellbares Ventil ausgeführt sein.
  • Der Brennkraftmaschine 1 ist darüber hinaus eine Lufteinblaseeinrichtung 20 zugeordnet, über die Frischluft aus der Umgebung angesaugt und über die Abgasturbine 3 dem Katalysator 15 sowie dem Rußfilter 16 zugeführt wird, um die Katalysatorfunktion insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine sowie das Rußabbrennen im Rußfilter zu unterstützen. Die Lufteinblaseeinrichtung 20 umfasst eine Gasförderleitung 21, über die die Verbrennungsluft aus der Atmosphäre angesaugt wird und in der sich ein einstellbares Ventil 23 befindet. Die Gasförderleitung 21 der Lufteinblaseeinrichtung 20 mündet mit der Gasförderleitung 18 der Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung 17 in einen gemeinsamen Leitungsabschnitt 22, welcher in die Abgasturbine 3 geführt ist.
  • Über eine Regel- und Steuereinheit 14 sind sämtliche einstellbaren Aggregate der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von Zustands- und Betriebsgrößen einzustellen. Dies betrifft insbesondere das Rückführventil 12 in der Abgasrückführungseinrichtung 10, die variable Turbinengeometrie 8 in der Abgasturbine 3 und das Ventil 23 in der Lufteinblaseeinrichtung 20.
  • Der Schnittdarstellung der Abgasturbine 3 gemäß 2 ist zu entnehmen, dass im Turbinengehäuse 24 ein Spiralkanal 25 ausgebildet ist, in welchen das Abgas der Brennkraftmaschine eingeleitet wird, das über einen Strömungseintrittsquerschnitt 26, in dem sich die variable Turbinengeometrie 8 befindet, radial auf das Turbinenrad 27 geführt wird. Das auf das Turbinenrad 27 auftreffende Abgas treibt dieses an und verlässt anschließend im entspannten Zustand über den Austrittsbereich 28 die Abgasturbine 3 und wird im weiteren Verlauf im Abgasstrang einer Reinigung unterzogen.
  • Am Turbinengehäuse 24 befindet sich ein Anschlussstutzen 29, in welchem ein Anschlusskanal ausgebildet ist, wobei mit dem Anschlussstutzen 29 der Leitungsabschnitt 22 der Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung und/oder, der Lufteinblaseeinrichtung zu verbinden ist. Über den Anschlussstutzen 29 werden entweder Entlüftungsgase aus dem Kurbelgehäuse oder Umgebungsluft der Abgasturbine 3 zugeführt.
  • Der Kanal 30 im Anschlussstutzen 29 führt in einen Ringraum 31, welcher in der Wandung des Turbinengehäuses ausgebildet ist und das Turbinenrad 27 umgreift. In den Ringraum 31 sind über den Umfang verteilt Düsenöffnungen 32 eingebracht, über die das im Ringraum befindliche Gas in Pfeilrichtung 33 in den Austrittsbereich 28 ausströmen kann. Diese Düsenöffnungen 32 werden im Mündungsbereich zum Austrittsbereich 28 von den Turbinenschaufeln 34 des Turbinenrades 27 überstrichen, wodurch eine Saugwirkung an der Mündung der Düsenöffnungen 32 entsteht und das über den Kanal 30 und den Ringraum 31 einströmende Gas in den Austrittsbereich 28 gesaugt wird.
  • Zur Unterstützung der Einströmung des Gases aus dem Ringraum 31 in den Turbinenaustrittsbereich 28 münden die Düsenöffnungen 32 unter einem Winkel δ gegenüber einer Parallelen zur Turbinenradachse 35 in den Austrittsbereich 28. Das in den Austrittsbereich 28 einströmende Gas erhält hierdurch eine Komponente in Richtung Turbinenausgang. Der Winkel δ ist kleiner als 90° und liegt im gezeigten Ausführungsbeispiel in der Größenordnung zwischen 60° und 70°.
  • In den Austrittsbereich 28 ist ein Austrittsdiffusor 36 eingesetzt, welcher sich zum Turbinenausgang hin leicht konisch erweitert. Der Austrittsdiffusor unterstützt eine statische Druckabsenkung im Bereich des axialen Ausganges. Der Ringraum 31 ist als Ausnehmung im Austrittsdiffusor 36 ausgebildet und radial nach außen von einer Wandung des Turbinengehäuses und radial nach innen von der Außenwand des Austrittsdiffusors 36 begrenzt. Der Austrittsdiffusor 36 bildet einen Teil des Turbinengehäuses bzw. ist fest mit diesem verbunden. Die Düsenöffnungen 32 sind in die Wandung des Diffusors 36 eingebracht.
  • In 3 ist ein Schnitt durch den Ringraum 31 in Höhe der Düsenöffnungen 32 und das Turbinenrad 27 dargestellt. Die Düsenöffnungen sind in Umfangsrichtung geneigt, wobei die Öffnungslängsachse 37 jeder Düsenöffnung mit einer Tangente 38, welche an einen virtuellen Umfangskreis 39 im Bereich der Mündung der Düsenöffnungen angelegt ist, einen Winkel γ einschließt, der kleiner ist als 90° und im gezeigten Ausführungsbeispiel weniger als 30° beträgt. Aufgrund dieses ver hältnismäßig flachen Winkels γ gegenüber der Umfangsrichtung trifft das durch die Düsenöffnung 32 einströmende Gas in Drehrichtung 40 auf die Turbinenradschaufeln 34 auf. Hierdurch können beim Umlaufen des Turbinenrades 27 die Turbinenradschaufeln 34 die Gasmasse aus den Düsenöffnungen 32 heraussaugen.
  • Die das Turbinenrad 27 radial umgreifende Innenwand, welche von dem Austrittsdiffusor 36 gebildet ist, weist im in Umfangsrichtung zwischenliegenden Bereich zwischen zwei benachbarten Düsenöffnungen 32 eine geringere Wandstärke auf und ist radial nach außen zurückversetzt, wodurch jeweils eine zwischen zwei Düsenöffnungen 32 liegende Ausnehmung 41 in Umfangsrichtung auf der Innenwandseite gebildet ist. Beim Umlaufen des Turbinenrades 27 führt diese Ausnehmung 41 zu einem pulsierenden Druckverlauf, wodurch die auf die Düsenöffnungen 32 wirkende Saugwirkung verstärkt wird.
  • Wie 4 zu entnehmen, kann es zweckmäßig sein, die Turbinenradschaufeln 34 gekrümmt auszubilden. Gemäß 4 weisen die Turbinenradschaufeln 34 eine Vorwärtskrümmung auf, welche in Drehrichtung 40 weist. Der Winkel ζ, welcher als Maß für die Krümmung den Winkel zwischen einer Tangente an die Schaufelspitze und einer Radialen bezeichnet, beträgt zweckmäßig zumindest 20° und liegt im Ausführungsbeispiel bei etwa 40°. Diese Vorwärtskrümmung der Turbinenradschaufeln 34 verstärkt die Saugwirkung in den Düsenöffnungen 32. Gegebenenfalls sind die Turbinenradschaufeln 34 lediglich in ihrem axialen Abschnitt gekrümmt, welcher die Düsenöffnungen 32 überstreicht.
  • Wie mit strichpunktierter Linie 42 dargestellt, können die Turbinenradschaufeln 34 auch eine Rückwärtskrümmung entgegen ihrer Drehrichtung 40 aufweisen. Die Rückwärtskrümmung führt ebenso wie die Vorwärtskrümmung zu einer starken Anhebung der Ejektorgeschwindigkeit des aus den Düsenöffnungen 32 austretenden Gases. Zudem führt die Rückwärtskrümmung zu einer Anhebung der Leistungsdichte der Turbine.
  • Wie 5 zu entnehmen, können auf die Schaufelspitzen der Turbinenradschaufeln 34 Radaufsätze 43 aufgesetzt sein, welche die Funktion eines Radialverdichters übernehmen können. Die Radaufsätze 43 sind vorteilhaft einteilig mit den Turbinenradschaufeln 34 sowie der Nabe des Turbinenrades gegossen und erstrecken sich axial zumindest in den Bereich der Düsenöffnungen. Die Radaufsätze 43 weisen etwa die Form von Schuhen auf .

Claims (16)

  1. Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einem Verdichter im Ansaugtrakt und einer Abgasturbine im Abgasstrang, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturbine (3) eine Pumpe für eine Gasfördereinrichtung bildet, wobei eine der Gasfördereinrichtung zugeordnete Gasförderleitung (18, 21) in den Austrittsbereich (28) des Turbinenrades (27) der Abgasturbine (3) mündet.
  2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Austrittsbereich (28) in der das Turbinenrad (27) umgreifenden Wandung des Turbinengehäuses (24) ein Ringraum (31) ausgebildet ist, in den die Gasförderleitung (18, 21) einmündet, wobei in den Ringraum (31) Düsenöffnungen (32) in Richtung Turbinenrad (27) eingebracht sind.
  3. Abgasturbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Düsenöffnung (32) in Umfangsrichtung gegenüber einer Tangente (38) an einen Umfangskreis (39) unter einem Winkel (γ) in den Austrittsbereich (28) einmündet, der kleiner ist als 90°.
  4. Abgasturbolader nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Düsenöffnung (32) gegenüber einer Parallelen zur Turbinenradachse (35) unter einem Winkel (δ) in den Austrittsbereich (28) einmündet, der kleiner ist als 90°.
  5. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die das Turbinenrad (27) umgreifende Innenwand in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Düsenöffnungen (32) gegenüber dem Bereich der Düsenöffnungen (32) radial zurückversetzt ist.
  6. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (34) des Turbinenrades (27) im Bereich des Radaustritts gekrümmt ausgebildet sind.
  7. Abgasturbolader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (34) eine Vorwärtskrümmung aufweisen, wobei ein Winkel (ζ) zwischen einer Tangente (38) an die Schaufelspitze und einer Radialen durch die Radachse des Turbinenrades (27) mindestens 20° beträgt.
  8. Abgasturbolader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (34) eine Rückwärtskrümmung aufweisen.
  9. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Schaufelspitzen der Turbinenradschaufeln im Bereich der Düsenöffnungen (32) Radaufsätze (43) aufgesetzt sind.
  10. Abgasturbolader nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Radaufsätze (43) und die das Turbinenrad (27) ein einteilig gegossenes Bauteil bilden.
  11. Verwendung eines Abgasturboladers nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einer Brennkraftmaschine, wobei die Gasfördereinrichtung eine Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung (17) ist und die Gasförderleitung (18) vom Kurbelgehäuse abzweigt.
  12. Verwendung eines Abgasturboladers nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einer Brennkraftmaschine, wobei die Gasfördereinrichtung eine Lufteinblaseeinrichtung (20) ist und der Abgasturbine (3) Umgebungsluft über die Gasförderleitung (18) zuführbar ist.
  13. Verwendung eines Abgasturboladers nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Gasförderleitung (18, 21) für die Kurbelgehäuse-Entlüftungseinrichtung (17) und die Lufteinblaseeinrichtung (20) vorgesehen ist, wobei die beiden Gasförderleitungen (18, 21) zusammenmünden und ein gemeinsamer Leitungsabschnitt in den Austrittsbereich (28) des Turbinenrades (27) geführt ist.
  14. Verwendung eines Abgasturboladers nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gasförderleitung (18, 21) ein einstellbares Ventil (19, 23) angeordnet ist.
  15. Verwendung eines Abgasturboladers nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der Abgasturbine (3) ein Katalysator (15) im Abgasstrang (4) angeordnet ist.
  16. Verwendung eines Abgasturboladers nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der Abgasturbine (3) ein Rußfilter (16) im Abgasstrang (4) angeordnet ist.
DE10260779A 2002-12-23 2002-12-23 Abgasturbolader Withdrawn DE10260779A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10260779A DE10260779A1 (de) 2002-12-23 2002-12-23 Abgasturbolader

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10260779A DE10260779A1 (de) 2002-12-23 2002-12-23 Abgasturbolader

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10260779A1 true DE10260779A1 (de) 2004-07-01

Family

ID=32404227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10260779A Withdrawn DE10260779A1 (de) 2002-12-23 2002-12-23 Abgasturbolader

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10260779A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006135327A1 (en) * 2005-06-15 2006-12-21 Volvo Lastvagnar Ab Turbocharger intake air chamber provided with air inlet from crankcase blowby ventilation (ccv)
WO2013057809A1 (ja) * 2011-10-19 2013-04-25 トヨタ自動車 株式会社 過給機
DE102020211634A1 (de) 2020-09-17 2022-03-17 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Brennkraftmaschine mit Sekundärluftsystem
WO2022117301A1 (de) * 2020-12-03 2022-06-09 Mercedes-Benz Group AG Verbrennungskraftmaschine für ein kraftfahrzeug, insbesondere für einen kraftwagen, sowie kraftfahrzeug

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3833906A1 (de) * 1987-10-05 1989-05-11 Hitachi Ltd Leistungsregelbarer abgasturbolader
DE4310148A1 (de) * 1993-03-29 1994-10-06 Daimler Benz Ag Aufgeladene Brennkraftmaschine
DE19630224A1 (de) * 1996-07-26 1998-01-29 Daimler Benz Ag Motorbremsvorrichtung
DE10112521A1 (de) * 2000-03-16 2001-12-06 Ford Global Tech Inc Automobilmotor mit geregelter Auspuffgastemperatur und Sauerstoffkonzentration

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3833906A1 (de) * 1987-10-05 1989-05-11 Hitachi Ltd Leistungsregelbarer abgasturbolader
DE4310148A1 (de) * 1993-03-29 1994-10-06 Daimler Benz Ag Aufgeladene Brennkraftmaschine
DE19630224A1 (de) * 1996-07-26 1998-01-29 Daimler Benz Ag Motorbremsvorrichtung
DE10112521A1 (de) * 2000-03-16 2001-12-06 Ford Global Tech Inc Automobilmotor mit geregelter Auspuffgastemperatur und Sauerstoffkonzentration

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006135327A1 (en) * 2005-06-15 2006-12-21 Volvo Lastvagnar Ab Turbocharger intake air chamber provided with air inlet from crankcase blowby ventilation (ccv)
WO2013057809A1 (ja) * 2011-10-19 2013-04-25 トヨタ自動車 株式会社 過給機
CN103180567A (zh) * 2011-10-19 2013-06-26 丰田自动车株式会社 增压器
JP5338994B1 (ja) * 2011-10-19 2013-11-13 トヨタ自動車株式会社 過給機
CN103180567B (zh) * 2011-10-19 2015-03-11 丰田自动车株式会社 增压器
DE102020211634A1 (de) 2020-09-17 2022-03-17 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Brennkraftmaschine mit Sekundärluftsystem
WO2022117301A1 (de) * 2020-12-03 2022-06-09 Mercedes-Benz Group AG Verbrennungskraftmaschine für ein kraftfahrzeug, insbesondere für einen kraftwagen, sowie kraftfahrzeug
DE102020007366B4 (de) 2020-12-03 2023-12-14 Mercedes-Benz Group AG Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, sowie Kraftfahrzeug

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4312078C2 (de) Abgasturbolader für eine aufgeladene Brennkraftmaschine
EP1316699B1 (de) Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betrieb einer aufgeladenen Brennkraftmaschine
EP1576265B1 (de) Abgasturbolader für eine brennkraftmaschine
DE10250302B4 (de) Drallerzeugungseinrichtung für einen Verdichter
EP3303849B1 (de) Verdichter, abgasturbolader und brennkraftmaschine
WO2006117073A1 (de) Abgasturbolader für eine brennkraftmaschine
DE102005019896A1 (de) Drallerzeugungseinrichtung
DE10223876A1 (de) Verdichter für eine Brennkraftmaschine
DE102005023647B4 (de) Abgasturbolader mit einem Verdichter
DE102009041223B4 (de) Verfahren zum Auslegen eines Antriebssystems
WO2016135072A1 (de) Brennkraftmaschine
EP1400670B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Abgasturboladers
EP3244035B1 (de) Verdichter, abgasturbolader und brennkraftmaschine
DE10260779A1 (de) Abgasturbolader
DE102015014900A1 (de) Radialturbinengehäuse
DE102015208906A1 (de) Saugstrahlpumpe mit variabler Düsengeometrie und Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung
DE10232519A1 (de) Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine
DE102016112030B4 (de) Verdichter, Abgasturbolader und Brennkraftmaschine
DE102015007410A1 (de) Verdichter, insbesondere für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine, sowie Verfahren zum Betreiben eines solchen Verdichters
DE102007021934A1 (de) Ladervorrichtung für eine Brennkraftmaschine sowie Brennkraftmaschine
DE102018111560A1 (de) Verdichter, Brennkraftmaschine und Kraftfahrzeug
DE10226694A1 (de) Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung
EP3289198B1 (de) Turbolader mit verdichteranordnung
DE102017200060B4 (de) Brennkraftmaschine und Verdichter
DE102012212738A1 (de) Diffusorbaugruppe für einen Abgasturbolader

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE

8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE

8120 Willingness to grant licences paragraph 23
8141 Disposal/no request for examination