DE202010015007U1

DE202010015007U1 - Turbolader mit variabler Turbinengeometrie

Info

Publication number: DE202010015007U1
Application number: DE202010015007U
Authority: DE
Original assignee: BorgWarner Inc; Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2020-11-03

Abstract

Turbolader (15) mit variabler Turbinengeometrie
– mit einer Schaufellagerringanordnung (1), die einen Schaufellagerring (2) und eine Scheibe (3) aufweist, die am Schaufellagerring (2) zur Schaffung eines Strömungskanals (4) fixierbar ist,
– mit im Schaufellagerring (2) gelagerten Leitschaufeln (5'), und
– mit einer Abstandshalteeinrichtung (5), die zwischen dem Schaufellagerring (2) und der Scheibe (3) zur Einstellung einer definierten Breite (B) des Strömungskanals (4) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
– dass die Abstandshalteeinrichtung (5) als Vorleitgitter (6) ausgebildet ist, das erste feststehende Vorleitschaufeln (7) aufweist und das relativ zu den feststehenden Vorleitschaufeln (7) mit den Leitschaufeln (5') zusammen bewegliche zweite Vorleitschaufeln (8) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Turbolader mit variabler Turbinengeometrie (VTG) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die VTG-Kartusche eines derartigen aus der EP-A-1 236 866 bekannten Turboladers weist einen Leitapparat mit Schaufeln und Hebeln und turbinengehäuseseitiger Scheibe auf. Die Befestigung der Scheibe an einem Schaufellagerring einer Schaufellageranordnung erfolgt bei gattungsgemäßen Turboladern mittels Schrauben oder Schweißen. Um für den Strömungskanal, der zwischen dem Schaufellagerring und der Scheibe ausgebildet ist und in dem sich die Schaufeln der VTG befinden, eine definierte Breite einstellen zu können, ist eine Abstandshalteeinrichtung vorgesehen. Im Stand der Technik ist diese Abstandshalteeinrichtung aus Distanzhülsen, Stufenbolzen oder geschweißten Stiften aufgebaut. Ferner sind auch gegossene Distanzelemente bekannt.
Jedoch stellt jedes Bauelement, das den Abgasstrom durchquert, eine Behinderung der Strömung dar und erzeugt somit einen Strömungsverlust.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Turbolader der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei dem es möglich ist, den Einfluss der trennenden Bauteile auf die Strömung möglichst gering zu halten und starke Umlenkungen zu vermeiden.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Gemäß der Erfindung ist ein Vorleitgitter mit einer festen Komponente und einer variablen Komponente vorgesehen, um den Abgasmassenstrom lastabhängig auf den Leitschaufelapparat der variablen Turbinengeometrie zu lenken. Die Komponente des variablen Vorleitgitters verschiebt sich gegen den festen Teil des Vorleitgitters mitsamt der Winkelverstellung der variablen Turbinengeometrie, wodurch es möglich ist, den Abgasmassenstrom unterschiedlich stark auf die variable Turbinengeometrie zu lenken.
Ferner ergibt sich durch eine strömungsgünstige Ausbildung eine verbesserte Gasdynamik innerhalb des Leitapparates und damit eine verbesserte Thermodynamik des gesamten Turboladers.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Vorleitgitters liegt darin, dass die Strömung so umgelenkt wird, dass sie auf die nächste Leitschaufel in einem flacheren Winkel auftrifft. Durch diese Winkelverstellung des variablen Vorleitgitters ist es möglich, eine für alle Lastzustände optimale Schaufelanströmung zu erreichen.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Turboladers;
2 den prinzipiellen Aufbau einer Schaufellagerring-Anordnung, bei der die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwirklicht werden können, die anhand der 3 bis 6 erläutert werden;
3 eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Vorleitgitters bei niedriger Motorlast;
4 eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Vorleitgitters bei mittlerer Motorlast;
5 eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Vorleitgitters bei Volllast; und
6 eine Teilansicht des Vorleitgitters in perspektivischer Darstellung.
Da für die nachfolgende Beschreibung der erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzipien eine komplette Erläuterung aller Konstruktionsdetails eines Turboladers mit variabler Turbinengeometrie nicht erforderlich ist, sind in 1 nur die grundlegenden Bauteile eines erfindungsgemäßen Turboladers 15 bezeichnet, der wie üblich ein Verdichterrad 16 in einem Verdichtergehäuse 17, ein Lagergehäuse 18 mit den erforderlichen Lagern für eine Welle 19 und ein Turbinenrad 20 in einem Turbinengehäuse 21 aufweist. Ferner weist dieser Turbolader eine sogenannte VTG-Kartusche auf, die drehbare Schaufeln und Hebel und eine turbinengehäuseseitige Scheibe sowie einen Schaufellagerring und einen Verstellring umfasst. Diese Bauteile werden anhand der nachfolgenden Figuren im Einzelnen erläutert. Die übrigen Teile eines derartigen Turboladers sind für die Erläuterung der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, um deren Prinzipien vollständig zu verstehen, natürlich jedoch bei dem erfindungsgemäßen Turboladers 15 ebenfalls vorgesehen.
In 2 ist der prinzipielle Aufbau einer Schaufellagerringanordnung 1 dargestellt.
Die Schaufellagerringanordnung 1 weist einen Schaufellagerring 2, in dem Leitschaufeln 5' drehbar gelagert sind, und eine Scheibe 3 auf. Um für die Leitschaufeln 5' einen Strömungskanal 4 ausbilden zu können, der eine definierte Breite B aufweist, ist die Schaufellagerringanordnung 1 mit einer Abstandshalteeinrichtung 5 versehen, die als Vorleitgitter 6 ausgebildet ist.
Das Vorleitgitter 6 weist eine Mehrzahl von ersten feststehenden Vorleitschaufeln 7 und zweiten beweglichen Vorleitschaufeln 8 auf, die mit den Leitschaufeln 5' zusammen bezüglich den ersten feststehenden Vorleitschaufeln 7 beweglich sind.
Die 3 bis 6 zeigen den Einbauzustand sowohl der ersten feststehenden Vorleitschaufel 7 als auch der zweiten beweglichen Vorleitschaufel 8, die auf einer Drehplatte 9 angeordnet ist, bei verschiedenen Lastzuständen. Auf der Drehplatte 9 ist auch die Leitschaufel 5' angeordnet.
Ferner verdeutlicht die Darstellung der 3 und 4, dass die ersten und zweiten Vorleitschaufeln 7, 8 aneinanderliegen und in einen Innenraum 13 des Vorleitgitters 6 hineinragen. Die in 3 veranschaulichte Anordnung der Vorleitschaufeln 7, 8 zeigt die variable Turbinengeometrie bei niedriger Motorlast und niedrigem Abgasmassenstrom.
4 stellt die Anordnung der Vorleitschaufeln 7, 8 bei mittlerer Motorlast dar. Aus dieser Darstellung, wie derjenigen der 3, wird ersichtlich, dass die zweite Vorleitschaufel 8 an einem Umfangsbereich 12 der Drehplatte 9 angeordnet ist, der benachbart zur ersten Vorleitschaufel 7 angeordnet ist.
In 5 ist die Anordnung der beiden Vorleitschaufeln 7, 8 bei Motorvolllast dargestellt. Diese Anordnung wird nochmals in der Teilansicht der 6 dargestellt, aus der das strömungsgünstige Profil der ersten und zweiten Vorleitschaufeln 7, 8 deutlich sichtbar wird.
Wie zuvor bereits erläutert, kann somit die Abgasströmung durch den flacheren Winkel gezielt auf die nächste Leitschaufel gelenkt werden.
Bei allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind jeweils übereinstimmende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen.
Ferner wird neben der voran stehenden schriftlichen Offenbarung der Erfindung hiermit explizit auf deren zeichnerischen Darstellung in den 1 bis 6 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste

1: Schaufellagerringanordnung
2: Schaufellagerring
3: Scheibe
4: Strömungskanal
5: Abstandshalteeinrichtung
5': Leitschaufel
6: Vorleitgitter
7: erste feststehende Vorleitschaufel
8: zweite bewegliche Vorleitschaufel
9: Drehplatte
10: Ring
11: Übergangsbereich
12: Umfangsbereich
13: Innenraum
15: Turbolader
16: Verdichterrad
17: Verdichtergehäuse
18: Lagergehäuse
19: Welle
20: Turbinenrad
21: Turbinengehäuse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1236866 A [0002]

Claims

Turbolader (15) mit variabler Turbinengeometrie – mit einer Schaufellagerringanordnung (1), die einen Schaufellagerring (2) und eine Scheibe (3) aufweist, die am Schaufellagerring (2) zur Schaffung eines Strömungskanals (4) fixierbar ist, – mit im Schaufellagerring (2) gelagerten Leitschaufeln (5'), und – mit einer Abstandshalteeinrichtung (5), die zwischen dem Schaufellagerring (2) und der Scheibe (3) zur Einstellung einer definierten Breite (B) des Strömungskanals (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, – dass die Abstandshalteeinrichtung (5) als Vorleitgitter (6) ausgebildet ist, das erste feststehende Vorleitschaufeln (7) aufweist und das relativ zu den feststehenden Vorleitschaufeln (7) mit den Leitschaufeln (5') zusammen bewegliche zweite Vorleitschaufeln (8) aufweist.
Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede zweite Vorleitschaufel (8) auf einer Drehplatte (9) angeordnet ist, die die Leitschaufel (5') trägt.
Turbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorleitschaufel (8) an einem Umfangsbereich (12) der Drehplatte (9) angeordnet ist, der benachbart zur ersten Vorleitschaufel (7) angeordnet ist.
Turbolader nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Vorleitschaufeln (7, 8) aneinander anliegen.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Vorleitschaufeln (7, 8) ein strömungsgünstiges Profil aufweisen.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Vorleitschaufeln (7, 8) in einen Innenraum (13) des Vorleitgitters (6) ragen.