DE112013002461T5

DE112013002461T5 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE112013002461T5
Application number: DE112013002461.6T
Authority: DE
Inventors: Jürgen Tschirschke
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2015-01-29
Also published as: KR20150023662A; CN104395581B; WO2013192027A2; KR102036848B1; US20150192062A1; CN104395581A; JP2015520334A; IN2015DN00290A; JP6101797B2; US10119457B2; WO2013192027A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (1), umfassend ein Turbinengehäuse (2), das einen Turbinengehäuseeintritt (8) und einen Turbinengehäuseaustritt (9) aufweist und das einen Wastegatekanal (10) zwischen dem Turbinengehäuseeintritt (8) und dem Turbinengehäuseaustritt (9) aufweist, und ein Absperrorgan (13) zum Öffnen und Schließen des Wastegatekanals (10), wobei das Absperrorgan (13) eine in das Turbinengehäuse (2) eingesetzte Hülse (14) und einen in der Hülse (14) entlang einer Längsachse (L) beweglich geführten Kolben (22) umfasst, und wobei die Hülse (14) Durchbrüche (15, 16) aufweist, an denen der Wastgatekanal (5) ins Innere der Hülse (14) mündet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Zur Ladedruckregelung ist der gattungsgemäße Abgasturbolader mit einem Wastegatekanal versehen, der unter Umgehung des Turbinenrades den Turbineneintritt mit dem Turbinenaustritt verbindet. Durch diesen Wastegate- oder Bypasskanal kann bei Erreichen des erforderlichen Ladedrucks zumindestens ein Teil der Abgasmenge um die Turbine bzw. das Turbinenrad herum geleitet werden. Zum Öffnen und Schließen dieses Wastegatekanals ist eine Wastegateklappe vorgesehen, die auch als Ladedruckregelklappe bezeichnet wird. Diese Ladedruckregelklappe ist über ein Gestänge mit einem Aktuator verbunden, der beispielsweise als pneumatische oder elektrische Steuerdose ausgebildet sein kann.
Der Nachteil einer derartigen Ladedruckregelklappenanordnung ist die große Anzahl von Einzelteilen, die gefertigt und montiert werden müssen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, der einfacher aufgebaut und leichter zu montieren ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.
Erfindungsgemäß wird zum Öffnen und Schließen des Wastegate-Kanals ein linear beweglicher Kolben verwendet. Um die Führung des Kolbens thermisch von dem Turbinengehäuse zu entkoppeln, ist erfindungsgemäß eine Hülse vorgesehen. Insbesondere ist zwischen Hülse und Turbinengehäuse ein ausreichend großer Spalt ausgebildet, sodass selbst bei einer thermischen Ausdehnung des Turbinengehäuses die Hülse unverändert bleibt.
Der Wastegate-Kanal zweigt vor der Anströmung des Turbinenrades von dem Turbinengehäuseeintritt ab und führt, unter Umgehung des Turbinenrades zum Turbinengehäuseaustritt. In diesem Wastegate-Kanal wird erfindungsgemäß die Hülse mit dem darin geführten Kolben angeordnet. Über einen ersten Durchbruch in der Hülse mündet der vom Turbinengehäuseeintritt kommende Wastegate-Kanal. Über einen zweiten Durchbruch führt der Wastegate-Kanal weiter zum Turbinengehäuseaustritt. Je nach Stellung des Kolbens innerhalb der Hülse wird so der Wastegate-Kanal geschlossen oder geöffnet.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der erste Durchbruch parallel zur Längsachse der Hülse bzw. stirnseitig des Kolbens angeordnet wird. Der zweite Durchbruch, über den das Abgas den Innenraum der Hülse verlässt, ist senkrecht zur Längsachse bzw. an der Mantelfläche des Kolbens angeordnet. Für eine verbesserte Reibung zwischen Kolben und Hülse sind Kolbenringe an der Mantelfläche des Kolbens vorgesehen.
Zum Bewegen bzw. Stellen des Kolbens ist der Kolben über eine Kolbenstange mit einem Aktor verbunden. Dieser Aktor ist bevorzugt ein pneumatisch, elektrisch oder hydraulisch betätigbares Stellglied. Die Kolbenstange wird bevorzugt durch einen die Hülse verschließenden Deckel geführt. Der Kolben kann entweder starr oder mittels eines Gelenkes mit der Kolbenstange verbunden werden, um eine lineare Bewegung entlang der Längsachse zu gewährleisten. Nach Bedarf kann die Kolbenstange gegenüber dem Deckel abgedichtet werden.
Die thermische Kopplung zwischen Turbinengehäuse und Hülse, insbesondere durch den Spalt, führt zu einem reduzierten Verschleiß der Gleitfläche zwischen Kolben und Hülse sowie zu einem reduzierten thermischen Verzug, wodurch die Dichtheit des Absperrorgans im Wastegate-Kanal aufrechterhalten wird.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine schematisch vereinfachte Ansicht eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
2 ein Detail des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Im Folgenden wird anhand der 1 und 2 das Ausführungsbeispiel des Abgasturboladers 1 im Detail erläutert.
1 zeigt in schematisch vereinfachter Ansicht den Abgasturbolader 1. Dieser umfasst ein Turbinengehäuse 2, ein Lagergehäuse 3 und ein Verdichtergehäuse 4. In dem Lagergehäuse 3 ist eine Welle 5 drehbar gelagert. An einem Ende der Welle 5 sitzt ein Turbinenrad 6 im Turbinengehäuse 2. Auf der anderen Seite der Welle 5 sitzt ein Verdichterrad 7 im Verdichtergehäuse 4.
Im Turbinengehäuse sind ein Turbinengehäuseeintritt 8 und ein Turbinengehäuseaustritt 9 ausgebildet. Im Betrieb des Abgasturboladers 1 strömt Abgas über den Turbinengehäuseeintritt 8 auf das Turbinenrad 6. Nachdem das Abgas das Turbinenrad 6 anströmt, verlässt es über den Turbinengehäuseaustritt 9 den Abgasturbolader 1. Über das rotierende Turbinenrad 6 und die Welle 5 wird das Verdichterrad 7 in Rotation versetzt und somit Ladeluft für eine Brennkraftmaschine verdichtet.
Vom Turbinengehäuseeintritt 8 zum Turbinengehäuseaustritt 9 führt, unter Umgehung des Turbinenrades 6, ein Wastegate-Kanal 10. In dem Wastegate-Kanal 10 ist ein Absperrorgan 13 zum Öffnen und Schließen des Wastegate-Kanals 10 ausgebildet. Ein erster Abschnitt 11 des Wastegate-Kanals 10 führt vom Turbinengehäuseeintritt 8 zum Absperrorgan 13. Ein zweiter Abschnitt 12 des Wastegate-Kanals 10 führt vom Absperrorgan 13 zum Turbinengehäuseaustritt 9.
2 zeigt im Detail das Absperrorgan 13, integriert in das Turbinengehäuse 2. Ferner zeigt 2 den Turbinengehäuseeintritt 8, ausgebildet als Kanal im Turbinengehäuse 2. Dieser Turbinengehäuseeintritt 8 führt zum Turbinenrad 6. Vom Turbinengehäuseeintritt 8 zweigt der erste Abschnitt 11 des Wastegate-Kanals 10 ab. Der erste Abschnitt 11 führt zu einer in das Turbinengehäuse 2 eingesetzten Hülse 14. Von dieser Hülse 14 aus führt der zweite Abschnitt 12 des Wastegate-Kanals 10 zum Turbinengehäuseaustritt 9.
Die Hülse 14 weist einen ersten Durchbruch 15 und einen zweiten Durchbruch 16 auf. Der erste Abschnitt 11 des Wastegate-Kanals 10 mündet in den ersten Durchbruch 15. Der zweite Durchbruch 16 ist am zweiten Abschnitt 12 des Wastegate-Kanals 10 ausgebildet, sodass über den zweiten Durchbruch 16 und den zweiten Abschnitt 12 die eingezeichnete Strömung 25 des Abgases zum Turbinengehäuseaustritt 9 geführt werden kann.
Die Hülse 14 weist eine Längsachse L auf. Der erste Durchbruch 15 führt das Abgas in Richtung parallel zur Längsachse L in den Innenraum der Hülse 14. Über den zweiten Durchbruch 16 verlässt das Abgas quer zur Längsachse L den Innenraum der Hülse 14.
Senkrecht zur Längsachse L ist ein Kragen 17 an der Hülse 14 ausgebildet. Dieser Kragen 17 liegt am Turbinengehäuse 2 an. Ein Deckel 18 steht senkrecht zur Längsachse L und verschließt die Hülse 14. Über eine Verschraubung 19 sind der Deckel 18 und der Kragen 17 mit dem Turbinengehäuse 2 verbunden.
Zwischen der Hülse 14 und dem Turbinengehäuse 2 ist ein Spalt 20 ausgebildet. In diesem Spalt 20 sitzt ein Dichtring 21 zwischen dem ersten Durchbruch 15 und dem zweiten Durchbruch 16. Der Spalt 20 weist eine Spaltbreite 26 auf. Der Spalt 20 ist über die gesamte Länge der Hülse 14 vollumfänglich um die Hülse 14 herum ausgebildet. Auch stirnseitig der Hülse 14, insbesondere an derjenigen Seite, an der der erste Durchbruch 15 ausgebildet ist, ist ebenfalls der Spalt 20 zwischen der Hülse 14 und dem Turbinengehäuse 2 vorgesehen.
In der Hülse 14 ist, längsbeweglich entlang der Längsachse L, ein Kolben 22 geführt. Der Kolben 22 ist über Kolbenringe 23 gleitbeweglich in der Hülse 14 aufgenommen. Je nach Stellung des Kolbens ist die Durchströmung des Abgases von dem ersten Durchbruch 15 zum zweiten Durchbruch 16 geöffnet oder geschlossen.
Der Kolben 22 ist über eine Kolbenstange 24 mit einem nicht gezeigten Aktor verbunden. Die Kolbenstange 24 durchbricht den Deckel 18.
Die Spaltbreite 26 wird so groß gewählt, dass bei der üblicherweise auftretenden thermischen Ausdehnung des Turbinengehäuses 2 die Hülse 14 so gering als möglich deformiert wird. Dadurch ist eine dichte und verschleißarme Funktion des gesamten Absperrorgans 13 gewährleistet.
Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 und 2 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste

1: Abgasturbolader
2: Turbinengehäuse
3: Lagergehäuse
4: Verdichtergehäuse
5: Welle
6: Turbinenrad
7: Verdichterrad
8: Turbinengehäuseeintritt
9: Turbinengehäuseaustritt
10: Wastegate-Kanal
11: erster Abschnitt
12: zweiter Abschnitt
13: Absperrorgan
14: Hülse
15: erster Durchbruch
16: zweiter Durchbruch
17: Kragen
18: Deckel
19: Verschraubung
20: Spalt
21: Dichtring
22: Kolben
23: Kolbenringe
24: Kolbenstange
25: Strömung
26: Spaltbreite

Claims

Abgasturbolader (1), umfassend: – ein Turbinengehäuse (2), – das einen Turbinengehäuseeintritt (8) und einen Turbinengehäuseaustritt (9) aufweist und – das einen Wastegatekanal (10) zwischen dem Turbinengehäuseeintritt (8) und dem Turbinengehäuseaustritt (9) aufweist, und – ein Absperrorgan (13) zum Öffnen und Schließen des Wastegatekanals (10), dadurch gekennzeichnet, – dass das Absperrorgan (13) eine in das Turbinengehäuse (2) eingesetzte Hülse (14) und einen in der Hülse (14) entlang einer Längsachse (L) beweglich geführten Kolben (22) umfasst, – wobei die Hülse (14) Durchbrüche (15, 16) aufweist, an denen der Wastgatekanal (5) ins Innere der Hülse (14) mündet.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Spalt (20) zwischen Hülse (14) und Turbinengehäuse (2) zur thermischen Entkopplung von Hülse (14) und Turbinengehäuse (2).
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (20) über die gesamte Länge der Hülse (14) und vollumfänglich um die Längsachse (L) ausgebildet ist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Spalt (20) ein Dichtring (21) angeordnet ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wastegatekanal (5) an einem ersten Durchbruch (15) parallel zur Längsachse (L) und an einem zweiten Durchbruch (16) quer zur Längsachse (L) in die Hülse (14) mündet.
Abgasturbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Durchbruch (15) der vom Turbinengehäuseeintritt (8) kommende Teil des Wastegatekanals (5) mündet, und am zweiten Durchbruch der zum Turbinengehäuseaustritt (9) führende Teil des Wastegatekanals (5) mündet.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (21) im Spalt (20) zwischen dem ersten Durchbruch (15) und dem zweiten Durchbruch (16) angeordnet ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (14) mit einem Kragen (17) auf dem Turbinengehäuse (2) aufliegt.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (14) mit einem Deckel (18) verschlossen ist.
Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine den Kolben (22) mit einem Aktor verbindende Kolbenstange (24).