DE202015007276U1 - Exhaust gas turbocharger with air-cooled housing - Google Patents

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Abstract

Abgasturbolader (1), umfassend • ein Gehäuse (9) mit einem Verdichterabschnitt (10), einem Turbinenabschnitt (11) und einem Lagerabschnitt (12), • einen Verdichter (3) mit einem im Verdichterabschnitt (10) angeordneten Verdichterrad (13), • eine Turbine (4) mit einem im Turbinenabschnitt (11) angeordneten Turbinenrad (14), • eine im Lagerabschnitt (12) gelagerte Welle (15), wobei die Welle (15) das Turbinenrad (14) mit dem Verdichterrad (13) verbindet, und • eine Kühlstruktur (8) mit zumindest einem Kühlkanal und/oder einer Kühlkammer, die zumindest im Turbinenabschnitt (11) des Gehäuses (9) ausgebildet ist, • wobei vom Verdichter (3) verdichtete Luft abzweigbar und in die Kühlstruktur (8) einleitbar ist.Exhaust gas turbocharger (1), comprising • a housing (9) with a compressor section (10), a turbine section (11) and a bearing section (12), • a compressor (3) with a compressor wheel (13) arranged in the compressor section (10), A turbine (4) with a turbine wheel (14) arranged in the turbine section (11), a shaft (15) mounted in the bearing section (12), the shaft (15) connecting the turbine wheel (14) to the compressor wheel (13) , and • a cooling structure (8) with at least one cooling channel and / or a cooling chamber, which is formed at least in the turbine section (11) of the housing (9), • wherein compressed air from the compressor (3) can be branched off and into the cooling structure (8) can be introduced.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader der in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor zum Einsatz kommt.The invention relates to an exhaust gas turbocharger which is used in conjunction with an internal combustion engine.

Abgasturbolader an Verbrennungsmotoren werden dazu verwendet, um mit dem Abgas des Verbrennungsmotors eine Turbine anzutreiben. Die Turbine wiederum verdichtet über einen Verdichter die Ladeluft des Verbrennungsmotors. Durch den Kontakt mit dem Abgas ist der Turbolader sehr hohen Temperaturen ausgesetzt. Dementsprechend müssen relativ hochwertige Materialien für das Gehäuse und die weiteren Bauteile des Abgasturboladers verwendet werden. Je nach Konstruktion und Anwendungsfall ist auch eine Kühlung bestimmter Komponenten sinnvoll.Exhaust gas turbochargers on internal combustion engines are used to drive a turbine with the exhaust gas of the internal combustion engine. The turbine in turn compresses the charge air of the internal combustion engine via a compressor. Contact with the exhaust gas exposes the turbocharger to very high temperatures. Accordingly, relatively high-quality materials must be used for the housing and the other components of the exhaust gas turbocharger. Depending on the design and application, cooling of certain components also makes sense.

Es ist Aufgabe der Erfindung einen Abgasturbolader anzugeben, der bei kostengünstiger Herstellung und wartungsarmen Betrieb dauerhaft eingesetzt werden kann. Insbesondere soll der Abgasturbolader eine optimierte Kühlung aufweisen, sodass, insbesondere für das Gehäuse, kostengünstige und in der Herstellung einfach zu handhabende Materialien verwendet werden können.It is an object of the invention to provide an exhaust gas turbocharger that can be used permanently with cost-effective production and low-maintenance operation. In particular, the exhaust gas turbocharger should have optimized cooling, so that, in particular for the housing, inexpensive and easy to use in the production materials can be used.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.The solution of this object is achieved by the features of claim 1. The dependent claims have advantageous embodiments of the invention to the subject.

Somit wird die Aufgabe gelöst durch einen erfindungsgemäßen Abgasturbolader. Der Abgasturbolader wird an einem Verbrennungsmotor verwendet. Insbesondere kommt der Abgasturbolader in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz. Der Abgasturbolader umfasst ein Gehäuse. Das Gehäuse wiederum kann unterteilt werden in einen Verdichterabschnitt, einen Turbinenabschnitt und einen Lagerabschnitt. Die einzelnen Abschnitte des Gehäuses können separat, beispielsweise durch einzelne Güsse gefertigt sein. Ferner ist es auch vorgesehen zwei oder alle drei Abschnitte einteilig zu fertigen. Im Folgenden wird eine sehr effektive Kühlung des Gehäuses, insbesondere des Turbinenabschnitts beschrieben. Aufgrund dieser Kühlung kann für das Gehäuse und weitere Bestandteile des Abgasturboladers ein relativ kostengünstiges und gut zu handhabendes Metall gewählt werden.Thus, the object is achieved by an exhaust gas turbocharger according to the invention. The exhaust gas turbocharger is used on an internal combustion engine. In particular, the exhaust gas turbocharger is used in a motor vehicle. The exhaust gas turbocharger comprises a housing. The housing in turn can be subdivided into a compressor section, a turbine section and a bearing section. The individual sections of the housing can be made separately, for example by individual casts. Furthermore, it is also intended to manufacture two or all three sections in one piece. In the following, a very effective cooling of the housing, in particular of the turbine section will be described. Because of this cooling, a relatively inexpensive and easy to handle metal can be selected for the housing and other components of the exhaust gas turbocharger.

Der Abgasturbolader umfasst ferner einen Verdichter. Der Verdichter umfasst den Verdichterabschnitt des Gehäuses und ein im Verdichterabschnitt angeordnetes Verdichterrad. Des weiteren ist eine Turbine vorgesehen. Die Turbine umfasst den Turbinenabschnitt des Gehäuses und ein darin angeordneten Turbinenrad.The exhaust gas turbocharger further includes a compressor. The compressor comprises the compressor section of the housing and a compressor wheel arranged in the compressor section. Furthermore, a turbine is provided. The turbine includes the turbine section of the housing and a turbine wheel disposed therein.

Zwischen dem Verdichterabschnitt und dem Turbinenabschnitt befindet sich der Lagerabschnitt des Gehäuses. In diesem Lagerabschnitt ist eine Welle drehbeweglich gelagert. Die beiden Enden der Welle sind mit dem Turbinenrad und dem Verdichterrad drehfest verbunden. Durch Anströmen des Turbinenrades mit dem Abgas des Verbrennungsmotors werden das Turbinenrad, die Welle und das Verdichterrad in Rotation versetzt. Dadurch kann im Verdichter Luft für den Verbrennungsmotor verdichtet werden.Between the compressor section and the turbine section is the bearing portion of the housing. In this bearing section, a shaft is rotatably mounted. The two ends of the shaft are rotatably connected to the turbine wheel and the compressor wheel. By impingement of the turbine wheel with the exhaust gas of the internal combustion engine, the turbine wheel, the shaft and the compressor wheel are set in rotation. As a result, air can be compressed in the compressor for the internal combustion engine.

In dem Gehäuse ist eine Kühlstruktur ausgebildet. Diese Kühlstruktur umfasst zumindest einen Kühlkanal und/oder zumindest eine Kühlkammer. Des weiteren kann die Kühlstruktur Zwischenwände oder Stege umfassen die mehrere Kühlkanäle oder Kühlkammern voneinander abtrennen oder zur Führung der Luft in der Kühlstruktur verwendet werden. Insbesondere ist das Gehäuse zumindest stellenweise doppelwandig ausgebildet um diese Kühlstruktur darzustellen. Zumindest ein Teil der Kühlstruktur ist im Turbinenabschnitt des Gehäuses vorgesehen, da hier die größten Temperaturen auftreten.In the housing, a cooling structure is formed. This cooling structure comprises at least one cooling channel and / or at least one cooling chamber. Furthermore, the cooling structure may comprise partitions or webs which separate a plurality of cooling channels or cooling chambers from each other or be used to guide the air in the cooling structure. In particular, the housing is formed at least in places double-walled to represent this cooling structure. At least part of the cooling structure is provided in the turbine section of the housing, since the greatest temperatures occur here.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass vom Verdichter verdichtete Luft abgezweigt und in die Kühlstruktur eingeleitet wird. Es erfolgt somit eine Luftkühlung. Dabei ist kein separater Kompressor notwendig, sondern es wird die vom Verdichter verdichtete Luft verwendet.According to the invention, it is provided that compressed air is branched off from the compressor and introduced into the cooling structure. There is thus an air cooling. In this case, no separate compressor is necessary, but it is used compressed air from the compressor.

Bevorzugt ist eine Zuluftführung ausgebildet. Die Zuluftführung zweigt stromab des Verdichterrades ab und führte die verdichtete Luft in die Kühlstruktur. Die Zuluftführung ist im Gehäuse integriert und/oder als separates Bauteil außerhalb des Gehäuses angeordnet. Dabei ist es auch möglich, einen Abschnitt der Zuluftführung im Gehäuse zu integrieren und einen weiteren Abschnitt der Zuluftführung außerhalb des Gehäuses als separates Bauteil vorzusehen.Preferably, a supply air guide is formed. The supply air duct branches off downstream of the compressor wheel and guides the compressed air into the cooling structure. The supply air guide is integrated in the housing and / or arranged as a separate component outside of the housing. It is also possible to integrate a section of the supply air duct in the housing and to provide a further section of the supply air duct outside the housing as a separate component.

Bei der Integration der Zuluftführung in das Gehäuse sind im Gehäuse freie Räume ausgebildet, die zur Führung der Zuluft genutzt werden. Diese freien Räume führen dabei insbesondere durch den Verdichterabschnitt und/oder den Lagerabschnitt. Dabei kommt es zumindest teilweise auch zu einer Kühlung des Verdichterabschnitts bzw. Lagerabschnitts.When integrating the supply air guide in the housing free spaces are formed in the housing, which are used to guide the supply air. These free spaces lead in particular through the compressor section and / or the storage section. It also comes at least partially to a cooling of the compressor section or bearing section.

Für die Abzweigung der Zuluftführung gibt es unterschiedliche Möglichkeiten: bevorzugt ist vorgesehen, dass die Abzweigung im Verdichterabschnitt des Gehäuses ausgebildet ist.There are different possibilities for the branching of the supply air duct: it is preferably provided that the branch is formed in the compressor section of the housing.

Dabei zweigt die Zuluftführung insbesondere an einem Verdichterflansch oder stromauf des Verdichterflansches ab. Dadurch ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau und es bedarf keiner zusätzlichen Bauteile.In this case, the supply air duct branches off, in particular, on a compressor flange or upstream of the compressor flange. This results in a very compact design and it requires no additional components.

Alternativ dazu kann die Zuluftführung auch nach dem Verdichterabschnitt des Gehäuses abzweigen. Hierzu wird eine entsprechende Abzweigung in die Luftführung zwischen Abgasturbolader und Verbrennungsmotor integriert.Alternatively, the supply air duct can branch off after the compressor section of the housing. For this purpose, a corresponding diversion is integrated into the air duct between the exhaust gas turbocharger and the internal combustion engine.

Ferner ist bevorzugt eine Abluftführung vorgesehen, die aus der Kühlstruktur die erwärmte Kühlluft abführt. Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Abluftführung in den Abgasstrang mündet. Dadurch ergibt sich der besondere Vorteil eines erhöhten Sauerstoffgehaltes im Abgas. Dies wiederum führt zu Vorteilen in Dieselpartikelfiltern und Katalysatoren.Furthermore, an exhaust air duct is preferably provided, which discharges the heated cooling air from the cooling structure. Particularly preferably, it is provided that the exhaust air duct opens into the exhaust system. This results in the particular advantage of an increased oxygen content in the exhaust gas. This in turn leads to advantages in diesel particulate filters and catalysts.

Besonders bevorzugt mündet die Abluftführung stromab des Turbinenrades in den Abgasstrang. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Abluftführung im Turbinenabschnitt des Gehäuses mündet. Dadurch ergibt sich wiederum ein sehr kompakter Aufbau, da die Abluftführung innerhalb des Abgasturbolader ausgebildet werden kann. Alternativ dazu ist es auch möglich, die Abluftführung stromab des Abgasturboladers in den Abgasstrang münden zu lassen.Particularly preferably, the exhaust air duct opens downstream of the turbine wheel in the exhaust system. It is provided in particular that the exhaust air duct opens into the turbine section of the housing. This in turn results in a very compact design, since the exhaust air duct can be formed within the exhaust gas turbocharger. Alternatively, it is also possible to let open the exhaust duct downstream of the exhaust gas turbocharger in the exhaust system.

Der Turbinenabschnitt des Gehäuses umfasst üblicherweise einen Volutenabschnitt. Der Volutenabschnitt erstreckt sich radial außerhalb des Turbinenrades. In dem Volutenabschnitt ist zumindest eine Flut ausgebildet. Durch diese Flut wird das Abgas radial auf das Turbinenrad geleitet. Im Rahmen der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kühlstruktur zumindest teilweise in diesem Volutenabschnitt ausgebildet ist. Insbesondere dieser Volutenabschnitt ist durch die hohe Temperatur des Abgase belastet und wird vorteilhafterweise gekühlt.The turbine section of the housing usually comprises a volute section. The volute section extends radially outside the turbine wheel. At least one tide is formed in the volute section. Due to this flood, the exhaust gas is directed radially onto the turbine wheel. In the context of the invention, it is preferably provided that the cooling structure is formed at least partially in this volute section. In particular, this volute section is burdened by the high temperature of the exhaust gases and is advantageously cooled.

Zur Beschreibung der Ausgestaltung der Kühlstruktur im Volutenabschnitt ist eine erste Ebene definiert. Diese erste Ebene steht senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgase in der Flut. In der ersten Ebene ist der Volutenabschnitt üblicherweise kreisförmig oder oval. Für eine bestmögliche Kühlung erstreckt sich die Kühlstruktur bei Betrachtung in der ersten Ebene über bis zu 360° des Volutenabschnitts. Aus fertigungstechnischen Gründen ist es jedoch nicht bei jeder Konstruktion möglich, die Kühlstruktur so groß auszugestalten. Versuche und Berechnungen haben ergeben, dass die Kühlstruktur in der ersten Ebene, an zumindest einer Stelle des Volutenabschnitts, sich vorzugsweise über zumindest 45° erstrecken sollte. Besonders vorzugsweise beträgt der Winkel zumindest 90°, insbesondere zumindest 180°.To describe the configuration of the cooling structure in the volute section, a first plane is defined. This first plane is perpendicular to the flow direction of the exhaust gases in the flood. In the first plane, the volute section is usually circular or oval. For best possible cooling, the cooling structure when viewed in the first plane extends over up to 360 ° of the volute section. For manufacturing reasons, however, it is not possible in every construction to make the cooling structure so large. Tests and calculations have shown that the cooling structure in the first plane, at least at one point of the volute section, should preferably extend over at least 45 °. Particularly preferably, the angle is at least 90 °, in particular at least 180 °.

Insbesondere am Anfang des Volutenabschnitts, nahe am Turbinenflansch, kann die Kühlstruktur auch über 360° ausgebildet sein, da sich in diesem Bereich die Flut noch nicht radial zum Turbinenrad öffnet.In particular at the beginning of the volute section, close to the turbine flange, the cooling structure can also be formed over 360 °, since in this area the flood does not yet open radially to the turbine wheel.

Für eine weitere Beschreibung der Ausgestaltung der Kühlstruktur ist eine zweite Ebene definiert. Diese steht senkrecht zur Welle und verläuft durch den Volutenabschnitt. Auch in der zweiten Ebene sollte sich die Kühlstruktur möglichst weit über den Volutenabschnitt erstrecken, um ein optimales Kühlergebnis zu erzielen. Aus fertigungstechnischen Überlegungen kann aber auch hier wieder eine Begrenzung der Kühlstruktur notwendig sein. So ist bevorzugt vorgesehen, dass sich in der zweiten Ebene die Kühlstruktur über zumindest 20°, vorzugsweise zumindest 40°, besonders vorzugsweise zumindest 80° des Volutenabschnitts erstreckt.For a further description of the design of the cooling structure, a second level is defined. This is perpendicular to the shaft and passes through the Volutenabschnitt. Also in the second level, the cooling structure should extend as far as possible over the volute section in order to achieve an optimum cooling result. For technical reasons, however, a limitation of the cooling structure may be necessary here as well. Thus, it is preferably provided that extends in the second plane, the cooling structure over at least 20 °, preferably at least 40 °, more preferably at least 80 ° of the volute section.

Bevorzugt ist ein passives oder aktives Stellelement zum Einstellen der vom Verdichter abgezweigten Luftmenge vorgesehen. Dieses Stellelement befindet sich insbesondere in oder an der Zuluftführung. Als passives Stellelement sind insbesondere eine Düse oder ein Ventil vorgesehen. Als aktive Stellelemente können ansteuerbare Ventile, insbesondere mit elektrischen, elektromagnetischen, hydraulischen oder pneumatischen Aktuatoren verwendet werden.Preferably, a passive or active actuator for adjusting the branched off from the compressor air quantity is provided. This actuator is located in particular in or on the supply air. As a passive actuator, in particular a nozzle or a valve are provided. As active control elements controllable valves, in particular with electrical, electromagnetic, hydraulic or pneumatic actuators can be used.

Radial innerhalb des Volutenabschnitts weist der Turbinenabschnitt des Gehäuses üblicherweise einen Rückwandabschnitt auf. Diese Rückwandabschnitt steht dem Turbinenrad direkt gegenüber. Die erfindungsgemäße Kühlstruktur kann auch zumindest stellenweise in diesem Rückwandabschnitt ausgebildet sein.Radially within the volute section, the turbine section of the housing usually has a rear wall section. This rear wall section is directly opposite the turbine wheel. The cooling structure according to the invention can also be formed at least in places in this rear wall section.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:Further details, advantages and features of the present invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing. It shows:

1 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß aller Ausführungsbeispiele in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor, 1 a schematic view of the exhaust gas turbocharger according to the invention according to all embodiments in conjunction with an internal combustion engine,

2 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 2 a sectional view of the exhaust gas turbocharger according to the invention according to a first embodiment,

3 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und 3 a sectional view of the exhaust gas turbocharger according to the invention according to a second embodiment, and

45 zwei weitere Ansichten des erfindungsgemäßen Abgasturbolader gemäß allen Ausführungsbeispielen. 4 - 5 two further views of the exhaust gas turbocharger according to the invention according to all embodiments.

Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele eines Abgasturbolader 1 anhand der 1 bis 5 genauer erläutert. Die Figuren zeigen dabei die Erfindung schematisch vereinfacht. 1, 4 und 5 zeigen den Abgasturbolader 1 jeweils für beide Ausführungsbeispiele. Die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen werden anhand der 2 und 3 erläutert. In the following, two embodiments of an exhaust gas turbocharger 1 based on 1 to 5 explained in more detail. The figures show the invention schematically simplified. 1 . 4 and 5 show the exhaust gas turbocharger 1 in each case for both embodiments. The differences between the two embodiments are based on the 2 and 3 explained.

Gemäß 1 umfasst der Abgasturbolader 1 einen Verdichter 3 und eine den Verdichter 3 antreibende Turbine 4. In die Turbine 4 strömt Abgas 6 aus einem Verbrennungsmotor 2. Stromab der Turbine 4 führt der Abgasstrang üblicherweise zur Abgasanlage, gegebenenfalls mit Dieselpartikelfilter und/oder Katalysator.According to 1 includes the exhaust gas turbocharger 1 a compressor 3 and one the compressor 3 driving turbine 4 , In the turbine 4 flows exhaust 6 from an internal combustion engine 2 , Downstream of the turbine 4 The exhaust line usually leads to the exhaust system, optionally with diesel particulate filter and / or catalyst.

Der Verdichter 3 saugt Luft 5 an und verdichtet diese. Die verdichtete Luft 5 wird dem Verbrennungsmotor 2 zugeführt.The compressor 3 sucks air 5 and compacts them. The compressed air 5 becomes the internal combustion engine 2 fed.

In rein schematische Darstellung zeigt 1, das erfindungsgemäß verdichtete Kühlluft 7 abgezweigt wird. Im Abgasturbolader 1 ist eine Kühlstruktur 8 ausgebildet. Diese Kühlstruktur 8 befindet sich zumindest teilweise an der Turbine 4. Die abgezweigte Kühlluft 7 wird in diese Kühlstruktur 8 geleitet um dort das Gehäuse 9 (2, 3) des Abgasturboladers 1 zu kühlen.In purely schematic representation shows 1 , the cooling air compressed according to the invention 7 is branched off. In the exhaust gas turbocharger 1 is a cooling structure 8th educated. This cooling structure 8th is located at least partially on the turbine 4 , The branched cooling air 7 gets into this cooling structure 8th led around there the housing 9 ( 2 . 3 ) of the exhaust gas turbocharger 1 to cool.

1 zeigt ferner in schematische Ansicht, dass die Kühlluft 7 nach dem Kühlen dem Abgas 6 zugeführt wird. 1 also shows in schematic view that the cooling air 7 after cooling the exhaust gas 6 is supplied.

Der Abgasturbolader 1 umfasst ferner, wie in den 2 und 3 zu beiden Ausführungsbeispielen gezeigt ist, das Gehäuse 9. Das Gehäuse 9 ist unterteilt in einen Verdichterabschnitt 10, einen Turbinenabschnitt 11 und einen Lagerabschnitt 12. Der Lagerabschnitt 12 liegt zwischen dem Turbinenabschnitt 11 und dem Verdichterabschnitt 10. Dabei ist es vorgesehen, jeden Abschnitt 10, 11, 12 für sich als einteiliges oder mehrteiliges Bauteil zu fertigen. Ferner können auch zumindest zwei der Abschnitte 10, 11, 12 als gemeinsames einteiliges Bauteil gefertigt werden.The turbocharger 1 further comprises, as in the 2 and 3 is shown on both embodiments, the housing 9 , The housing 9 is divided into a compressor section 10 , a turbine section 11 and a storage section 12 , The storage section 12 lies between the turbine section 11 and the compressor section 10 , It is intended to each section 10 . 11 . 12 to manufacture as a one-piece or multi-part component. Furthermore, at least two of the sections can also be used 10 . 11 . 12 be manufactured as a common one-piece component.

Der Verdichter 3 umfasst den Verdichterabschnitt 10 des Gehäuses 9 und ein darin angeordnetes Verdichterrad 13. Die Turbine 4 umfasst den Turbinenabschnitt 11 des Gehäuses 9 und ein darin angeordnetes Turbinenrad 14. In dem Lagerabschnitt 12 des Gehäuses 9 ist eine Welle 15 drehbeweglich gelagert. Die Welle 15 ist drehfest mit dem Turbinenrad 14 und dem Verdichterrad 13 verbunden.The compressor 3 includes the compressor section 10 of the housing 9 and a compressor wheel disposed therein 13 , The turbine 4 includes the turbine section 11 of the housing 9 and a turbine wheel disposed therein 14 , In the storage section 12 of the housing 9 is a wave 15 rotatably mounted. The wave 15 is non-rotatable with the turbine wheel 14 and the compressor wheel 13 connected.

Radial außerhalb des Turbinenrades 14 ist als Bestandteile des Turbinenabschnitts 11 ein Volutenabschnitt 18 ausgebildet. Dieser Volutenabschnitt 18 erstreckt sich, wie insbesondere in den 4 und 5 zu sehen ist, entlang einer Bogenform um das Turbinenrad 14. Im Volutenabschnitt 18 des Gehäuses 9 ist zumindest eine Flut ausgebildet. Über diese Flut wird das Abgas 6 radial auf das Turbinenrad 14 geleitet.Radially outside the turbine wheel 14 is as components of the turbine section 11 a volute section 18 educated. This volute section 18 extends, as in particular in the 4 and 5 can be seen along an arc shape around the turbine wheel 14 , In the volute section 18 of the housing 9 At least one flood is formed. About this flood is the exhaust 6 radially on the turbine wheel 14 directed.

Insbesondere der Volutenabschnitt 18 ist einer großen thermischen Belastung durch das Abgas 6 ausgesetzt. Deshalb wird, soweit es konstruktive und fertigungstechnische Vorgaben erlauben, die Kühlstruktur 8 zumindest stellenweise im Volutenabschnitt 18 ausgebildet.Especially the volute section 18 is a major thermal load through the exhaust 6 exposed. Therefore, as far as design and manufacturing specifications allow, the cooling structure 8th at least in places in the volute section 18 educated.

Die Kühlstruktur 8 ist in 2 und 3 als doppelwandige Ausgestaltung des Gehäuses 9 dargestellt. Diese doppelwandig Ausgestaltung stellt zumindest eine Kühlkammer dar, in die die Kühlluft 7 eingeleitet werden kann. Die tatsächliche Geometrie der Kühlstruktur 8 kann komplexer, beispielsweise mit mehreren Kühlkammern und/oder mehreren Kühlkanälen sowie entsprechenden Trennwänden oder Stegen ausgestaltet werden.The cooling structure 8th is in 2 and 3 as a double-walled design of the housing 9 shown. This double-walled configuration represents at least one cooling chamber into which the cooling air 7 can be initiated. The actual geometry of the cooling structure 8th can be configured more complex, for example, with a plurality of cooling chambers and / or a plurality of cooling channels and corresponding partitions or webs.

Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2 verläuft eine Zuluftführung 16 vom Verdichter 3 außerhalb des Gehäuses 9 zu Kühlstruktur 8. Alternativ dazu zeigt 3 mit dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Integration der Zuluftführung 16 in das Gehäuse 9. Dabei ist die Zuluftführung 16 als freier Raum im Gehäuse 9 ausgebildet. Die Zuluftführung 16 verläuft dabei entlang dem Verdichterabschnitt 10 und dem Lagerabschnitt 12 bis zum Turbinenabschnitt 11.In the first embodiment according to 2 runs a supply air duct 16 from the compressor 3 outside the case 9 to cooling structure 8th , Alternatively to this shows 3 with the second embodiment, an integration of the supply air 16 in the case 9 , Here is the supply air 16 as free space in the housing 9 educated. The supply air duct 16 runs along the compressor section 10 and the storage section 12 to the turbine section 11 ,

In beiden Ausführungsbeispielen ist ein Stellelement 20 in der Zuluftführung 16 vorgesehen. Mit diesem Stellelement 20 kann die Menge des Kühlluft 7 reguliert werden.In both embodiments is an actuator 20 in the supply air duct 16 intended. With this control element 20 can the amount of cooling air 7 be regulated.

Beide Ausführungsbeispiele zeigen, dass die Kühlstruktur 8 zumindest stellenweise an einem Rückwandabschnitt 19 des Turbinenabschnitt 11 ausgebildet sein kann. Ein wesentlicher Teil der Kühlstruktur 8 befindet sich jedoch in beiden Ausführungsbeispielen am Volutenabschnitt 18.Both embodiments show that the cooling structure 8th at least in places on a back wall section 19 of the turbine section 11 can be trained. An essential part of the cooling structure 8th However, in both embodiments, the volute section is located 18 ,

2 und 3 zeigen den Abgasturbolader 1 in einer hier als „erste Ebene” definierten Ansicht. Diese Ebene steht senkrecht zu einer Strömungsrichtung des Abgase 6 im Volutenabschnitt 18. Die Kühlstruktur 8 erstreckt sich über einen Winkel α des Volutenabschnitts 18. 2 zeigt eine relativ große Ausgestaltung des Winkels α. In 3 ist der Winkel α kleiner, sodass sich hier die Kühlstruktur 8 etwa über die Hälfte des Volutenabschnitt 18 erstreckt. 2 and 3 show the exhaust gas turbocharger 1 in a view defined here as "first level". This plane is perpendicular to a flow direction of the exhaust gases 6 in the volute section 18 , The cooling structure 8th extends over an angle α of the Volutenabschnitts 18 , 2 shows a relatively large configuration of the angle α. In 3 the angle α is smaller, so here is the cooling structure 8th about half of the volute section 18 extends.

Unabhängig von der Positionierung der Zuluftführung 16 in den beiden Ausführungsbeispielen kann der Winkel α je nach konstruktiven und fertigungstechnische Vorgaben entsprechend gewählt werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Winkel α an zumindest einer Stelle zumindest 45° beträgt, um eine ausreichende Kühlung des Volutenabschnitt 18 zu ermöglichen.Independent of the positioning of the supply air duct 16 In the two embodiments, the angle α can be selected according to the design and manufacturing specifications. It is preferably provided that the angle α is at least one point at least 45 ° to a sufficient cooling of the volute section 18 to enable.

2 und 3 zeigen des Weiteren eine Abluftführung 17 zum Abführen der erwärmten Kühlluft 7 aus der Kühlstruktur 8 in das Abgas 6. Wie die beiden 2 und 3 zeigen, kann die Abluftführung 17 als externes Bauteil außerhalb des Gehäuses 9 geführt sein oder aber in das Gehäuse 9 integriert werden. 2 and 3 furthermore show an exhaust air duct 17 for removing the heated cooling air 7 from the cooling structure 8th in the exhaust 6 , Like the two 2 and 3 show, the exhaust air duct 17 as an external component outside the housing 9 be guided or in the housing 9 to get integrated.

4 und 5 zeigen den Abgasturbolader 1 für beide Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Ansichten. Die Turbine 4 weist einen Turbinenflansch 21 auf. Über diesen Turbinenflansch 21 wird das Abgas 6 sind die Turbine 4 eingeleitet. 4 and 5 show the exhaust gas turbocharger 1 for both embodiments in different views. The turbine 4 has a turbine flange 21 on. About this turbine flange 21 becomes the exhaust 6 are the turbine 4 initiated.

Der Verdichter 3 weist einen Verdichterflansch 22 auf. Über diesen Verdichterflansch 22 wird die verdichtete Luft 5 zum Verbrennungsmotor 2 geführt.The compressor 3 has a compressor flange 22 on. About this compressor flange 22 becomes the compressed air 5 to the internal combustion engine 2 guided.

Anhand von 4 wird eine „zweite Ebene” definiert. Die zweite Ebene verläuft durch den Volutenabschnitt 18 und steht senkrecht zur Welle 15. In der zweiten Ebene erstreckt sich die Kühlstruktur 8 über einen Winkel β. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Winkel β zumindest 20° beträgt. Besonders bevorzugt beträgt der Winkel α zumindest 45° über die gesamte Länge der Kühlstruktur 8 in der zweiten Ebene gemäß Winkel β.Based on 4 a "second level" is defined. The second level passes through the volute section 18 and is perpendicular to the shaft 15 , In the second level, the cooling structure extends 8th over an angle β. It is preferably provided that the angle β is at least 20 °. Particularly preferably, the angle α is at least 45 ° over the entire length of the cooling structure 8th in the second plane according to angle β.

Des weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kühlstruktur 8 am Turbinenflansch 21 beginnt. Am Anfang des Volutenabschnitts 18, also in der Nähe des Turbinenflansches 21, öffnet sich die Flut noch nicht zum Turbinenrad 14. In diesem Bereich kann die Kühlstruktur vollumfänglich, also mit einem Winkel α von 360°, ausgebildet sein. Insbesondere in diesem Bereich ist die Kühlstruktur 8 ein ringförmiger Hohlraum im doppelwandigen Gehäuse 9.Furthermore, it is preferably provided that the cooling structure 8th at the turbine flange 21 starts. At the beginning of the volute section 18 , ie near the turbine flange 21 , the tide does not yet open to the turbine wheel 14 , In this area, the cooling structure can be fully formed, ie with an angle α of 360 °. Especially in this area is the cooling structure 8th an annular cavity in the double-walled housing 9 ,

Die Abzweigung der Zuluftführung 16 erfolgt vorteilhafter Weise im Verdichterabschnitt 10 des Gehäuses 9, also vor (bzgl. der Strömungsrichtung der Luft 5) oder am Verdichterflansch 22. Des weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Abluftführung 17 am Turbinenabschnitt 11 des Gehäuses 9, also vor (bzgl. der Strömungsrichtung des Abgases 6) oder am Turbinenflansch 21 mündet.The branch of the supply air duct 16 takes place advantageously in the compressor section 10 of the housing 9 , ie before (with respect to the flow direction of the air 5 ) or on the compressor flange 22 , Furthermore, it is preferably provided that the exhaust air duct 17 at the turbine section 11 of the housing 9 , ie before (with respect to the flow direction of the exhaust gas 6 ) or on the turbine flange 21 empties.

Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 5 Bezug genommen.In addition to the above written description of the invention is to the additional disclosure hereby explicitly to the drawings of the invention in the 1 to 5 Referenced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Abgasturboladerturbocharger
22
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
33
Verdichtercompressor
44
Turbineturbine
55
Luftair
66
Abgasexhaust
77
Kühlluftcooling air
88th
Kühlstrukturcooling structure
99
Gehäusecasing
1010
Verdichterabschnittcompressor section
1111
Turbinenabschnittturbine section
1212
Lagerabschnittbearing section
1313
Verdichterradcompressor
1414
Turbinenradturbine
1515
Wellewave
1616
Zuluftführungsupply air
1717
Abluftführungexhaust air
1818
Volutenabschnittscroll portion
1919
RückwandabschnittRear wall portion
2020
Stellelementactuator
2121
Turbinenflanschturbine flange
2222
VerdichterflanschVerdichterflansch

Claims (10)

Abgasturbolader (1), umfassend • ein Gehäuse (9) mit einem Verdichterabschnitt (10), einem Turbinenabschnitt (11) und einem Lagerabschnitt (12), • einen Verdichter (3) mit einem im Verdichterabschnitt (10) angeordneten Verdichterrad (13), • eine Turbine (4) mit einem im Turbinenabschnitt (11) angeordneten Turbinenrad (14), • eine im Lagerabschnitt (12) gelagerte Welle (15), wobei die Welle (15) das Turbinenrad (14) mit dem Verdichterrad (13) verbindet, und • eine Kühlstruktur (8) mit zumindest einem Kühlkanal und/oder einer Kühlkammer, die zumindest im Turbinenabschnitt (11) des Gehäuses (9) ausgebildet ist, • wobei vom Verdichter (3) verdichtete Luft abzweigbar und in die Kühlstruktur (8) einleitbar ist.Exhaust gas turbocharger ( 1 ), comprising • a housing ( 9 ) with a compressor section ( 10 ), a turbine section ( 11 ) and a storage section ( 12 ), • a compressor ( 3 ) with a in the compressor section ( 10 ) arranged compressor wheel ( 13 ), • a turbine ( 4 ) with one in the turbine section ( 11 ) arranged turbine wheel ( 14 ), • one in the storage section ( 12 ) mounted shaft ( 15 ), where the wave ( 15 ) the turbine wheel ( 14 ) with the compressor wheel ( 13 ), and • a cooling structure ( 8th ) with at least one cooling channel and / or a cooling chamber, which at least in the turbine section ( 11 ) of the housing ( 9 ), where from the compressor ( 3 ) compressed air branchable and into the cooling structure ( 8th ) can be introduced. Abgasturbolader nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zuluftführung (16), die stromab des Verdichterrads (13) abzweigt und zur Kühlstruktur (8) führt, wobei die Zuluftführung (16) im Gehäuse (9) integriert ist und/oder als separates Bauteil außerhalb des Gehäuses (9) verläuft.Exhaust gas turbocharger according to claim 1, characterized by a supply air duct ( 16 ) downstream of the compressor wheel ( 13 ) branches off and to the cooling structure ( 8th ), whereby the supply air duct ( 16 ) in the housing ( 9 ) is integrated and / or as a separate component outside the housing ( 9 ) runs. Abgasturbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluftführung (16) am Verdichterabschnitt (10) des Gehäuses (9) abzweigt.Exhaust gas turbocharger according to claim 2, characterized in that the supply air duct ( 16 ) at the compressor section ( 10 ) of the housing ( 9 ) branches off. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Abluftführung (17) die aus der Kühlstruktur (8) das Abgas (6), vorzugsweise stromab des Turbinenrads (14), mündet.Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized by an exhaust air duct ( 17 ) from the cooling structure ( 8th ) the exhaust gas ( 6 ), preferably downstream of the turbine wheel ( 14 ), opens. Abgasturbolader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftführung (17) im Turbinenabschnitt (11) des Gehäuses (9) mündet. Exhaust gas turbocharger according to claim 4, characterized in that the exhaust air duct ( 17 ) in the turbine section ( 11 ) of the housing ( 9 ) opens. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, • dass im Turbinenabschnitt (11) des Gehäuses (9) ein Volutenabschnitt (18) ausgebildet ist, • wobei der Volutenabschnitt (18) das Turbinenrad (14) radial umgibt und zumindest eine Flut bildet durch die Abgas (6) radial auf das Turbinenrad (14) leitbar ist, und • wobei die Kühlstruktur (8) zumindest teilweise im Volutenabschnitt (18) ausgebildet ist.Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that • in the turbine section ( 11 ) of the housing ( 9 ) a volute section ( 18 ), wherein the volute section ( 18 ) the turbine wheel ( 14 ) radially surrounds and at least one flood forms by the exhaust gas ( 6 ) radially on the turbine wheel ( 14 ) is conductive, and • wherein the cooling structure ( 8th ) at least partially in the volute section ( 18 ) is trained. Abgasturbolader nach Anspruch 6, wobei eine erste Ebene definiert ist, die senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgase (6) in der Flut steht, wobei sich die Kühlstruktur (8) in der ersten Ebene mit einem Winkel α über zumindest 45°, vorzugsweise zumindest 90°, besonders vorzugsweise zumindest 180°, des Volutenabschnitts (18) erstreckt.Exhaust gas turbocharger according to claim 6, wherein a first plane is defined, which is perpendicular to the flow direction of the exhaust gas ( 6 ) is in the flood, whereby the cooling structure ( 8th ) in the first plane at an angle α over at least 45 °, preferably at least 90 °, particularly preferably at least 180 °, of the volute section (FIG. 18 ). Abgasturbolader nach Anspruch 6 oder 7, wobei eine zweite Ebene definiert ist, die senkrecht zur Welle (19) steht, wobei sich die Kühlstruktur (8) in der zweiten Ebene mit einem Winkel β über zumindest 20°, vorzugsweise zumindest 40°, besonders vorzugsweise zumindest 80°, des Volutenabschnitts (18) erstreckt.Exhaust gas turbocharger according to claim 6 or 7, wherein a second plane is defined perpendicular to the shaft ( 19 ), wherein the cooling structure ( 8th ) in the second plane at an angle β over at least 20 °, preferably at least 40 °, particularly preferably at least 80 °, of the volute section (FIG. 18 ). Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein passives oder aktives Stellelement (20) zum Einstellen der vom Verdichter (3) abgezweigten Luftmenge.Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized by a passive or active control element ( 20 ) for adjusting the compressor ( 3 ) branched off air quantity. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9), insbesondere im Turbinenabschnitt (11), zur Bildung der Kühlstruktur (8) zumindest stellenweise doppelwandig ausgebildet ist.Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 9 ), in particular in the turbine section ( 11 ), to form the cooling structure ( 8th ) is formed at least in places double-walled.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20230021590A1 (en) * 2021-07-26 2023-01-26 Volvo Truck Corporation Internal combustion engine system

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