DE112014001075T5

DE112014001075T5 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE112014001075T5
Application number: DE112014001075.8T
Authority: DE
Inventors: Michael Stilgenbauer; Gerald Schall; Rolf Sauerstein; Roman Koenig; Matthias Ruh
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2013-04-04
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2015-11-19
Also published as: WO2014165353A1; JP2016514797A; CN105051349A; CN105051349B; KR20150137084A; US20160040678A1; JP6503340B2; US10309404B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (1) mit einem Verdichter (2), der ein Verdichtergehäuse (3) aufweist; mit einer Turbine (4), die ein Turbinengehäuse (5) aufweist; und mit einer verdichterseitigen und/oder turbinenseitigen Ladedruck-Regeleinrichtung (6), die ein Absperrorgan (7) aufweist, das eine Strömungsöffnung (9) öffnet oder schließt, wobei das Absperrorgan (7) als Schieber ausgebildet ist, der auf einer Führung (8) längs verschieblich entlang einer Längsmittellinie (LM8) der Führung (8) gelagert ist, und dass die Strömungsöffnung (9) zumindest im Wesentlichen in einem rechten Winkel (α) zur Längsmittellinie (LM8) der Führung (8) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Zur Ladedruckregelung kann ein gattungsgemäßer Abgasturbolader verdichterseitig mit einer Ladedruckregeleinrichtung in Form einer Verdichter-Bypassanordnung und/oder turbinenseitig mit einem Wastegatekanal versehen sein, 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 des 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 Steuerdose oder elektrischer Stellmotor ausgebildet sein kann.
Bei einer derartig ausgebildeten Ladedruck-Regeleinrichtung trifft das Abgas direkt bzw. frontal auf den Klappenteller und führt zu hohem Verschleiß und Geräuschentwicklung, insbesondere bei Ottomotoren durch die hohen Pulsationsbeaufschlagungen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, der in geringerem Maße verschleißanfällig ist und dessen Geräuschentwicklung und Verstellkräfte minimierbar sind.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.
Durch die Ausbildung des Absperrorgans der Ladedruck-Regeleinrichtung als Schieber sind die eingangs erläuterten technischen Probleme stark reduzierbar, da das Abgas nicht direkt auf den Schieber geleitet wird, sondern rechtwinklig zu einer Regelrichtung des Schiebers, in welcher der Aktuator den Schieber betätigt, abgeleitet wird. Der den Schieber betätigende Aktuator wird demnach nicht durch auf den Schieber wirkende Kräfte beeinflusst. Demnach wirken auf die Steuerdose bzw. den elektischen Stellmotor keine bzw. vernachlässigbare Kräfte durch Pulsationsschwankungen.
Dies ermöglicht eine Minimierung des Verschleißes, der Geräuschentwicklung und der Verstellkräfte, was durch die umgeleiteten Strömungskräfte bedingt ist.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Die Ansteuerung des Schiebers erfolgt durch geeignete Aktuatoren, wie Elektrosteller, LRV oder Steuerdose.
Erfindungsgemäß ist es hierbei möglich, dass eine verdichterseitige und/oder turbinenseitige Ladedruckregeleinrichtung gemäß den Prinzipien vorliegender Erfindung vorgesehen sein kann.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:
1 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers, der mit einer erfindungsgemäßen Ladedruck-Regeleinrichtung versehen ist,
2 eine Schnittdarstellung durch ein Turbinengehäuse einer Turbine des Abgasturboladers gemäß 1 in Offenstellung, und
3 die Turbine bzw. das Turbinengehäuse gemäß 2 in Schließstellung eines Schiebers einer in diesem Falle turbinenseitig vorgesehenen Ladedruck-Regeleinrichtung.
In 1 ist in schematisch stark vereinfachter Darstellung ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader 1 dargestellt, der einen Verdichter 2 mit einem zugeordneten Verdichtergehäuse 3 aufweist, in dem ein Verdichterrad 3' angeordnet ist.
Ferner weist der Abgasturbolader 1 eine Turbine 4 mit einem Turbinengehäuse 5 auf, in dem ein Turbinenrad 4' angeordnet ist, das über eine Welle 24 mit dem Verdichterrad verbunden ist.
Ein derartiger Abgasturbolader 1 kann verdichterseitig und/oder turbinenseitig mit einer Ladedruck-Regeleinrichtung 6 versehen sein, die nachfolgend anhand der 2 und 3 im Einzelnen beschrieben werden wird.
Die Ladedruck-Regeleinrichtung 6 weist ein Absperrorgan 7 auf, das eine Strömungsöffnung 9 öffnen und schließen kann.
Wie die 2 und 3 verdeutlichen, ist das Absperrorgan 7 als Schieber ausgebildet, der auf einer Führung 8 entlang der Längsmittellinie LM₈ der Führung 8 längsverschieblich auf der Führung 8 gelagert bzw. geführt ist.
Die Strömungsöffnung 9 ist hierbei in einem Winkel α zur Längsmittellinie LM₈ der Führung 8 angeordnet. Der Winkel α wird hierbei zwischen der Längsmittellinie LM₈ der Führung 8 und der Längsmittellinie LM₉ der Strömungsöffnung 9 begrenzt. Bevorzugterweise nimmt der Winkel α einen Wert von 90° an. Dieser Wert kann jedoch auch um etwa 10° größer oder kleiner als 90° sein.
Wie die 2 und 3 in Zusammenschau verdeutlichen, weist der Schieber 7 einen Schieberkopf 10 auf, der mit einer Schieberstange 11 verbunden ist.
Der Schieberkopf 10 ist topfförmig ausgebildet und weist dementsprechend einen Innenraum 12 auf, der von einer Führungs- und Dichtungswandung 13 umgeben ist.
Der Schieberkopf 10 ist auf einem zylindrischen Führungszapfen 14 der Führung 8 angeordnet. Hierfür weist der Führungszapfen 14 eine zylindrische Außenwand 15 auf, die mit einer Stirnwand 16 versehen ist, die im Innenraum 12 des Schieberkopfes 10 angeordnet ist. Der Vorteil dieser Ausbildung ist darin zu sehen, dass keine auf den Schieber 7 wirkenden Gaskräfte entlang der Achse LM₈ auftreten.
2 verdeutlicht hierbei die Offenstellung des Schieberkopfes 10, in der der Schieber 7 mit seinem Schieberkopf 10 die Strömungsöffnung 9 freigibt, so dass eine Strömungsverbindung eines mit einem Turbinengehäuseeintritt 19 verbundenen Bypasskanals 18 mit dem Turbinengehäuseaustritt 20 geschaffen wird, was durch den in 2 sichtbaren Pfeil P symbolisiert wird.
Diese Strömungsverbindung wird beim Verschieben des Schiebers 7 mit seinem Schieberkopf 10 in die in 3 sichtbare Schließstellung unterbrochen, in der der Schieberkopf 10 die Strömungsöffnung 9, die vorzugsweise als teilweise umlaufende Strömungsöffnung ausgebildet ist, vollständig verschließt. Diese Verschiebung bzw. Bewegung in die in 30 dargestellte Schließstellung wird mittels eines Aktuators 17 bewirkt, der die Schieberstange 11 betätigt. Die bei der Schließstellung der 3 wirksamen Dichtflächen des Turbinengehäuses 5 bzw. des Schieberkopfes 10 sind in 2 durch Bezugsziffern 21 und 22 identifiziert.
Die 2 und 3 verdeutlichen ferner, dass zur Führung des Schieberkopfes 10 und damit des Schiebers 7 eine Führungshülse 23, vorzugsweise als integraler Bestandteil des Turbinengehäuses 5 vorgesehen ist, entlang der der Schieberkopf 10 zwischen seiner Schließstellung und seiner Offenstellung längsbeweglich ist.
Der zudem vorgesehene Führungszapfen 14 ist vorzugsweise einteilig mit dem Turbinengehäuse 5 ausgebildet, wie sich dies aus der zeichnerischen Darstellung der 2 und 3 ergibt.
Der Vorteil dieser Ausbildung ist darin zu sehen, dass eine Führung und Zentrierung des Schiebers 7 über den gesamten Verschiebeweg sichergestellt ist, wobei die besagte einstückige Ausführung des Führungszapfens 14 und der Führungshülse 23 mit dem Turbinengehäuse 5 eine kostengünstige Herstellung ergibt.
Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 3 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste

1: Abgasturbolader
2: Verdichter
3: Verdichtergehäuse
3': Verdichterrad
4: Turbine
4': Turbinenrad
5: Turbinengehäuse
6: Ladedruck-Regeleinrichtung
7: Absperrorgan
8: Führung
9: Strömungsöffnung
10: Schieberkopf
11: Schieberstange
12: Innenraum
13: Führungs- und Dichtungswandung
14: Führungszapfen
15: Außenwand
16: Stirnwand
17: Aktuator
18: Bypasskanal
19: Turbinengehäuseeintritt
20: Turbinengehäuseaustritt
21, 22: Dichtflächen
23: Führungshülse
24: Welle
LM₈: Längsmittellinie der Führung 8
LM₉: Längsmittellinie der Strömungsöffnung 9
L: Laderachse
α: Winkel

Claims

Abgasturbolader (1) – mit einem Verdichter (2), der ein Verdichtergehäuse (3) aufweist; – mit einer Turbine (4), die ein Turbinengehäuse (5) aufweist; und – mit einer verdichterseitigen und/oder turbinenseitigen Ladedruck-Regeleinrichtung (6), die ein Absperrorgan (7) aufweist, das eine Strömungsöffnung (9) öffnet oder schließt, dadurch gekennzeichnet, – dass das Absperrorgan (7) als Schieber ausgebildet ist, der auf einer Führung (8) längs verschieblich entlang einer Längsmittellinie (LM₈) der Führung (8) gelagert ist, und – dass die Strömungsöffnung (9) zumindest im Wesentlichen in einem rechten Winkel (α) zur Längsmittellinie (LM₈) der Führung (8) angeordnet ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (7) einen Schieberkopf (10) aufweist, der mit einer Schieberstange (11) verbunden ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieberkopf (10) topfförmig mit einer in einen Innenraum (12) weisenden zylindrischen Führungs- und Dichtungswandung (13) ausgebildet ist.
Abgasturbolader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieberkopf (10) auf einen zylindrischen Führungszapfen (14) aufgesetzt ist, der eine zylindrische Außenwand (15) und eine an die Außenwand (15) anschließende Stirnwand (16) aufweist.
Abgasturbolader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (15) den Schieberkopf (10) über seine Führungs- und Dichtungswandung (13) führt.
Abgasturbolader nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Außenwand (15) die Strömungsöffnung (9) angeordnet ist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieberkopf (10) zwischen einer die Strömungsöffnung (9) verschließenden Schließstellung und einer die Strömungsöffnung (9) freigebenden Offenstellung bewegbar ist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (7) mittels eines Aktuators (17) betätigbar ist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladedruck-Regeleinrichtung (6) als Wastegateanordnung des Turbinengehäuses (5) der Turbine (4) ausgebildet ist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladedruck-Regeleinrichtung (6) als Verdichter-Bypassanordnung ausgebildet ist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieberkopf (10) und die Schieberstange (11) einstückig ausgebildet sind.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (7) im Turbinengehäuse (5) über eine Führungshülse (23) geführt ist.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungszapfen (14) und das Turbinengehäuse (5) einstückig ausgebildet sind.