EP1329616A2 - Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1329616A2
EP1329616A2 EP03000769A EP03000769A EP1329616A2 EP 1329616 A2 EP1329616 A2 EP 1329616A2 EP 03000769 A EP03000769 A EP 03000769A EP 03000769 A EP03000769 A EP 03000769A EP 1329616 A2 EP1329616 A2 EP 1329616A2
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exhaust gas
turbine
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gas turbocharger
projection
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Erwin Rutschmann
Joachim Kelm
Christoph Pleuss
Andreas Musgiller
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    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
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    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/146—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by throttling the volute inlet of radial machines or engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
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    • F02B37/02—Gas passages between engine outlet and pump drive, e.g. reservoirs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine according to Features of the preamble of claim 1.
  • a radial turbine for an exhaust gas turbocharger is known from DE 37 24 385 C2, whose inlet channel for the exhaust gases is spiral.
  • the curved Inlet geometry can be straight and tangential to the turbine housing aligned inlet duct a compact, the restrictive package requirements modern passenger car meets the overall geometry of the exhaust gas turbocharger become.
  • the curved intake duct geometry harbors disadvantages with regard to the Flow distribution of the exhaust gas entering the turbine; in addition, the Geometry for an increased wall flow in the so-called tongue area, the is called in the transition area of the inlet duct into the turbine space, which leads to a leads to additional thermal or mechanical stress.
  • the object of the invention is therefore, despite a curved inlet channel for the Turbine housing has the same thermodynamic properties as an exhaust gas turbocharger to achieve that with a straight and tangential to the turbine housing aligned inlet channel is provided.
  • the gas flow in the inlet area of the turbine Exhaust gas turbocharger positively influenced, in particular by the inflowing exhaust gas Channel center is directed. This can minimize the flow losses that Flow of the turbine wheel blades improved and the thermodynamic Efficiency of the turbine or the exhaust gas turbocharger can be increased overall. About that is also achieved by the flow deflection that in the tongue area of the Turbine housing provided wall sections are thermally less stressed.
  • the flow deflection is easily done by one at the Ramp-like projection provided on the inner channel wall of the inlet channel.
  • This hill-like projection is advantageously in the inner wall of the Inlet channel integrated and can thus in a common manufacturing step be produced together with the turbine housing.
  • the projection is provided immediately in front to arrange the neck cross-section of the inlet duct.
  • the exhaust gas turbocharger essentially consists of a turbine housing 2, a Bearing housing 4 and a compressor housing 6. This takes place in the bearing housing 4 Trolley (not shown) for the turbine wheel 8 arranged in the turbine housing 2 and for the compressor wheel (not shown) arranged in the compressor housing 6 Admission.
  • a flange provided on the housing of the exhaust gas turbocharger 10
  • the exhaust gas turbocharger can on an exhaust manifold of an internal combustion engine be attached.
  • On the exhaust gas turbocharger there is also a fastening bolt 12 provided exhaust flange 14 recognizable by the in the installed state advanced exhaust system is attached.
  • On the compressor housing 6 is still a Air outlet 16 recognizable through which the compressed intake air Internal combustion engine is supplied.
  • the boost pressure of the exhaust gas turbocharger can be regulated.
  • the inlet duct 22 leading to the turbine space 20 is of spiral design.
  • a so-called neck cross section Q H is formed between the duct inner wall 24 and the duct outer wall 26.
  • a hill-like projection 28 protruding into the inlet channel 22 is formed in the channel inner wall 24.
  • This projection 28 which tapers the channel cross section, is formed in one piece from the channel inner wall 24.
  • This spoiler-like projection 28 deflects or deflects the exhaust gas flow flowing into the inlet channel 22 toward the center of the channel.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit einem Turbinen- und Verdichtergehäuse (2, 6), in denen ein Turbinen- und Verdichterrad angeordnet sind, die über eine Welle miteinander verbunden sind, wobei das Turbinengehäuse (2) einen spiralförmig verlaufenden Einlasskanal (22) für die Abgase aufweist. Es wird vorgeschlagen, daß im Einlasskanal (22) Mittel (28) zur Strömungsumlenkung vorgesehen sind. Damit kann die thermische Belastung sowie der Wirkungsgrad eines Abgasturboladers mit spiralförmig verlaufendem Einlasskanal für die Abgase verbessert werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung geht aus von einem Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus der DE 37 24 385 C2 ist eine Radialturbine für einen Abgasturbolader bekannt, deren Einlasskanal für die Abgase spiralförmig ausgebildet ist. Durch die gekrümmte Einlassgeometrie kann gegenüber einem geraden und tangential zum Turbinengehäuse ausgerichteten Einlasskanal eine kompakte, den restriktiven Package- Anforderungen moderner PKW gerecht werdende Gesamtgeometrie des Abgasturboladers erreicht werden. Die gekrümmte Einlasskanalgeometrie birgt jedoch Nachteile hinsichtlich der Strömungsverteilung des in die Turbine eintretenden Abgases; darüber hinaus führt die Geometrie zu einer verstärkten Wandanströmung im sogenannten Zungenbereich, das heißt im Übergangsbereich des Einlasskanals in den Turbinenraum, die zu einer zusätzlichen thermischen bzw. mechanischen Belastung führt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, trotz eines gekrümmten Einlasskanals für das Turbinengehäuse die gleichen thermodynamischen Eigenschaften eines Abgasturboladers zu erreichen, der mit einem geraden und tangential zum Turbinengehäuse ausgerichteten Einlasskanal versehen ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
Durch im Einlasskanal des Turbinengehäuses vorgesehenen Mittel zur Abgas-Strömungsumlenkung wird die Gasströmung im Eintrittsbereich der Turbine des Abgasturboladers positiv beeinflußt, indem insbesondere das einströmende Abgas zur Kanalmitte hingelenkt wird. Damit können die Strömungsverluste minimiert, die Anströmung der Turbinenradschaufeln verbessert und der thermodynamische Wirkungsgrad der Turbine bzw. des Abgasturboladers insgesamt erhöht werden. Darüber hinaus wird durch die Strömungsumlenkung erreicht, daß die im Zungenbereich des Turbinengehäuses vorgesehenen Wandabschnitte thermisch geringer belastet sind.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Abgasturboladers enthalten.
Die Strömungsumlenkung wird auf einfache Art und Weise durch einen an der Kanalinnenwand des Einlasskanals vorgesehenen schanzenartigen Vorsprung erreicht.
Dieser schanzenartige Vorsprung ist in vorteilhafter Weise in der Innenwand des Einlasskanals integriert und kann somit in einem gemeinsamen Fertigungsschritt zusammen mit dem Turbinengehäuse hergestellt werden.
Für eine optimale Strömungsumlenkung ist vorgesehen, den Vorsprung unmittelbar vor dem Halsquerschnitt des Einlasskanals anzuordnen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1
einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine,
Fig. 2
einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispieles
Der Abgasturbolader besteht im wesentlichen aus einem Turbinengehäuse 2, einem Lagergehäuse 4 und einem Verdichtergehäuse 6. Im Lagergehäuse 4 findet das Laufzeug (nicht dargestellt) für das im Turbinengehäuse 2 angeordnete Turbinenrad 8 sowie für das im Verdichtergehäuse 6 angeordnete Verdichterrad (nicht dargestellt) Aufnahme. Mit Hilfe eines am Gehäuse des Abgasturboladers vorgesehenen Flansches 10 kann der Abgasturbolader an einem Abgaskrümmer einer Brennkraftmaschine befestigt werden. Am Abgasturbolader ist weiterhin ein mit Befestigungsbolzen 12 versehener Abgasflansch 14 erkennbar, an dem im eingebauten Zustand die weiterführende Abgasanlage befestigt ist. Am Verdichtergehäuse 6 ist weiterhin ein Luftaustrittsstutzen 16 erkennbar, über den die verdichtete Ansaugluft der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Mit Hilfe einer sogenannten Waste-Gate-Steuerdose 18 kann der Ladedruck des Abgasturboladers geregelt werden.
Wie aus Fig. 2 erkennbar, ist der zum Turbinenraum 20 führende Einlasskanal 22 spiralförmig ausgebildet. Beim Übergang des Einlasskanals 22 in den Turbinenraum 20 bildet sich zwischen der Kanalinnenwand 24 und der Kanalaußenwand 26 ein sogenannter Halsquerschnitt QH aus. Vor Erreichen des Halsquerschnitts QH ist in der Kanalinnenwand 24 ein in den Einlasskanal 22 hineinragender schanzenartiger Vorsprung 28 ausgebildet. Dieser den Kanalquerschnitt verjüngende Vorsprung 28 ist einstückig aus der Kanalinnenwand 24 herausgebildet. Durch diesen spoilerartigen Vorsprung 28 wird der in den Einlasskanal 22 einströmende Abgasstrom zur Kanalmitte ab- bzw. umgelenkt. Damit wird erreicht, daß die Abgasströmung trotz des spiralförmig ausgebildeten Einlasskanales 22 im Halsquerschnitt QH nicht an der Kanalinnenwand 24 anliegt. Damit können Strömungsverluste minimiert, die Anströmung der Turbinenradschaufeln verbessert und der thermodynamische Wirkungsgrad des Abgasturboladers insgesamt erhöht werden. Der Scheitelbereich von Kanalinnenwand 24 und Turbinenraum 20, im folgenden als Zunge 30 bezeichnet, ist somit auch thermisch geringer belastet.

Claims (4)

  1. Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit einem Turbinen- und Verdichtergehäuse, in denen ein Turbinen- und Verdichterrad angeordnet sind, die über eine Welle miteinander verbunden sind, wobei das Turbinengehäuse einen spiralförmig verlaufenden Einlasskanal (22) für die Abgase aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Einlasskanal (22) Mittel (28) zur Strömungsumlenkung vorgesehen sind.
  2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwand (24) des Einlasskanales (22) ein schanzenartiger Vorsprung (28) vorgesehen ist.
  3. Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (28) in der Innenwand (24) des Einlasskanals (22) integriert ist.
  4. Abgasturbolader nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (28) unmittelbar vor dem Halsquerschnitt (QH) des Einlasskanals (22) vorgesehen ist.
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