EP1394364A1 - Turbocharger and annular guide conduit therefor - Google Patents
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- EP1394364A1 EP1394364A1 EP02018296A EP02018296A EP1394364A1 EP 1394364 A1 EP1394364 A1 EP 1394364A1 EP 02018296 A EP02018296 A EP 02018296A EP 02018296 A EP02018296 A EP 02018296A EP 1394364 A1 EP1394364 A1 EP 1394364A1
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- 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
- F01D17/10—Final actuators
- F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
- F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
- F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
- F01D17/165—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line
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- 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 a turbocharger in the turbine housing at least a turbine rotor is rotatably mounted, which the exhaust gas via a guide grid of variable turbine geometry is supplied.
- variable turbine geometry is in the prior art, for example according to WO 01/96713, a wreath of nozzles of variable orientation forming vanes understood. Therefore, the guide grid has one axial boundary of a blade space forming blade bearing ring, on each of an associated shaft a plurality of adjustable around its shaft blades in the so limited vane space is stored around the turbine rotor, the exhaust over so the blades can be fed in an adjustable amount.
- TG ring
- the invention relates to such a trained Nozzle ring.
- Turbocharger are within the present description also similar turbomachines, such as secondary air pumps, understood.
- Such a turbocharger and such a blade bearing ring is for example from the EP-A-0 226 444 has become known.
- the axial dimension of the blade space secured by spacer spacers, which screwed into the vane bearing ring must be used, which is of course a relatively complicated process.
- the invention is based on the object, the production cost of a turbocharger or to reduce a vane bearing ring of the type mentioned, and this happens according to the invention characterized in that at least one of the two rings in the circumferential direction distributed spacers integrally formed, through which the axial distance between the two Rings is secure.
- the spacers sit on one or the other ring or alternately on one or the other ring or in each case a half spacer the one ring is opposite to half a spacer of the other ring.
- the spacers formed on the blade bearing ring in particular are poured, because the other ring is generally part of a larger one Section of the housing to which a spacer is more difficult to install.
- the spacers are integrally formed so that installation costs be avoided.
- the tolerance range can also be be reduced, so that this production brings greater accuracy.
- one is constructively free, at best in the place of the cylindrical form of a Stiftes to choose an aerodynamically cheaper form.
- This can preferably be done the spacers themselves have a blade shape, which shape is preferably approximately tangential is aligned.
- a turbocharger 1 in a conventional manner a turbine housing part 2 and an associated compressor housing part 3 along an axis of rotation R are arranged.
- the turbine housing part 2 is partially shown in section, so that a blade bearing ring 6 forming a radially outer guide grid, distributed over the circumference Guide vanes 7 about their the blade bearing ring 6 passing through pivot axes.
- an actuating device 11 To control the movement or the position of the guide vanes 7 is an actuating device 11 provided. This can be of any nature in itself, but it is preferable if, in a conventional manner, it has a control housing 12 that controls the movement a ram member 14 attached to it controls its movement in known manner on a behind the blade bearing ring 6 (left behind in Fig. 1) the same adjusting ring 5 implement the same in a slight rotational movement.
- This rotational movement are about the shafts 8
- the vanes 7 in terms of their Rotary position relative to the turbine rotor 4 adjusted so that they are from an approximately tangential an extreme position in an approximately radially extending other extreme position adjustable are.
- the exhaust gas supplied via the supply channel of an internal combustion engine more or less supplied to the turbine rotor 4, before it at the along the axis of rotation R extending axial neck 10 exits again.
- These spacers 16 are better From Fig. 2 to see where a blade bearing ring 6 without the blades 7 stored in it you can see.
- the spacers 16 are at regular angular intervals in the circumferential direction of the ring 6 is arranged around the rotation axis R, so that the distance to the bearing ring 15 (Fig. 1) over the entire circumference is the same size.
- These spacers 16 are formed with the blade bearing ring 6 in one piece, preferably by a casting, in particular by investment casting, so that they with the ring 6 in the immediate shallleittagen stand. It is understood that other manufacturing processes for a one-piece part 6, 16 are conceivable, but a casting is preferred.
- the spacers 16 could, of course, at different points of the radius of the Blade bearing ring 6 are arranged, but it is preferred if they are in the apparent Way are arranged on the peripheral edge of the ring 6. Otherwise they would have to namely be arranged in place of a corresponding vane, as shown in the US-A-4,659,295 has been proposed.
- the spacers 16 each of a bore 18 for connecting bolt with the bearing ring 15th to enforce, so that the forces of the connection directly on the surfaces 17 of the spacers 16 act.
- the spacers 16 in the frame the invention can obtain an aerodynamically favorable form and in particular even formed like a shovel.
- this elongated shape is approximately in the tangential direction - relative to the Ring 6 - extends.
- the invention is not limited to the illustrated embodiment is; For example, it can also be used for turbochargers with more than one turbine rotor 2 and / or compressor rotor 21 or with more than one feed channel 9 applied become. Moreover, it would be conceivable not to provide all spacers 16 with bores 18, in particular, if more than three spacers 16 should be provided, for example six. Instead of the blade bearing ring 6 together with the spacers 16 by To produce casting, the apparent from Fig. 2 surface, for example, could also obtained by extrusion, as for other fluid flowed through car components has already been proposed.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader in dessen Turbinengehäuse mindestens ein Turbinenrotor drehbar gelagert ist, dem das Abgas über ein Leitgitter variabler Turbinengeometrie zugeführt wird. Unter variabler Turbinengeometrie wird im Stand der Technik, etwa nach der WO 01/96713, ein Kranz von zwischeneinander Düsen variabler Ausrichtung bildenden Leitschaufeln verstanden. Daher besitzt das Leitgitter einen die eine axiale Begrenzung eines Schaufelraumes bildenden Schaufellagerring, an dem jeweils an einer zugehörigen Welle eine Vielzahl von um ihre Welle verstellbaren Schaufeln in dem so begrenzten Schaufelraum rund um den Turbinenrotor gelagert ist, dem Abgas so über die Schaufeln in einstellbarer Menge zuführbar ist. Am axial dem Schaufellagerring gegenüberliegenden Ende des Schaufelraumes ist ein weiterer Ring (TG) zur axialen Begrenzung desselben vorgesehen. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen derart ausgebildeten Schaufellagerring. Unter "Turbolader" seien im Rahmen der vorliegenden Beschreibung auch ähnliche Strömungsmaschinen, wie etwa Sekundärluftpumpen, verstanden.The invention relates to a turbocharger in the turbine housing at least a turbine rotor is rotatably mounted, which the exhaust gas via a guide grid of variable turbine geometry is supplied. Under variable turbine geometry is in the prior art, for example according to WO 01/96713, a wreath of nozzles of variable orientation forming vanes understood. Therefore, the guide grid has one axial boundary of a blade space forming blade bearing ring, on each of an associated shaft a plurality of adjustable around its shaft blades in the so limited vane space is stored around the turbine rotor, the exhaust over so the blades can be fed in an adjustable amount. At the axially opposite the blade bearing ring End of the bucket space is another ring (TG) for axial limitation provided for. Furthermore, the invention relates to such a trained Nozzle ring. Under "turbocharger" are within the present description also similar turbomachines, such as secondary air pumps, understood.
Ein derartiger Turbolader und ein derartiger Schaufellagerring ist beispielsweise aus der EP-A-0 226 444 bekannt geworden. Dabei wird die axiale Dimension des Schaufelraumes durch abstandhaltende Distanzhülsen gesichert, welche in den Schaufellagerring eingeschraubt eingesetzt werden müssen, was natürlich ein relativ aufwendiger Vorgang ist. Dazu kommen noch die relativ hohen Kosten der Montage.Such a turbocharger and such a blade bearing ring is for example from the EP-A-0 226 444 has become known. In this case, the axial dimension of the blade space secured by spacer spacers, which screwed into the vane bearing ring must be used, which is of course a relatively complicated process. In addition, there are the relatively high costs of installation.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellungkosten eines Turboladers bzw. eines Schaufellagerringes der eingangs genannten Art zu verringern, und dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß mindestens einer der beiden Ringe in Umfangsrichtung verteilt Abstandhalter einteilig angeformt aufweist, durch die der axiale Abstand der beiden Ringe sicherbar ist. Dadurch wird in überraschender Weise nicht nur die gestellte Aufgabe gelöst, sondern auch - wie aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Zeichnungen hervorgeht - die Präzision und die Zuverlässigkeit im Betrieb erhöht.The invention is based on the object, the production cost of a turbocharger or to reduce a vane bearing ring of the type mentioned, and this happens according to the invention characterized in that at least one of the two rings in the circumferential direction distributed spacers integrally formed, through which the axial distance between the two Rings is secure. As a result, not only the asked is in a surprising way Task solved, but also - as from the following detailed description of the Drawings show - increased precision and reliability in operation.
An sich ist es gleichgültig, ob die Abstandhalter am einen oder am anderen Ring sitzen oder wechselweise am einen oder anderen Ring oder jeweils ein halber Abstandhalter des einen Ringes einem halben Abstandhalter des anderen Ringes gegenüberliegt. Allerdings ist es bevorzugt, wenn die Abstandhalter am Schaufellagerring angeformt, insbesondere gegossen, sind, denn der andere Ring wird im allgemeinen Teil eines größeren Abschnittes des Gehäuses sein, an dem ein Abstandhalter schwieriger anzubringen ist.In itself, it does not matter if the spacers sit on one or the other ring or alternately on one or the other ring or in each case a half spacer the one ring is opposite to half a spacer of the other ring. Indeed it is preferred if the spacers formed on the blade bearing ring, in particular are poured, because the other ring is generally part of a larger one Section of the housing to which a spacer is more difficult to install.
Erfindungsgemäß werden also die Abstandhalter einteilig angeformt, so daß Montagekosten vermieden werden. Bei Einsatz eines Feingußverfahrens kann auch der Toleranzbereich verringert werden, so daß diese Herstellung eine größere Genauigkeit bringt. Vor allem aber ist man auch konstruktiv frei, allenfalls an Stelle der zylindrischen Form eines Stiftes eine aerodynamisch günstigere Form zu wählen. Dies kann bevorzugt so erfolgen, daß die Abstandhalter selbst Schaufelform besitzen, welche Form bevorzugt etwa tangential ausgerichtet ist.According to the invention so the spacers are integrally formed so that installation costs be avoided. When using a precision casting process, the tolerance range can also be be reduced, so that this production brings greater accuracy. In front But in any case one is constructively free, at best in the place of the cylindrical form of a Stiftes to choose an aerodynamically cheaper form. This can preferably be done the spacers themselves have a blade shape, which shape is preferably approximately tangential is aligned.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispieles.Further details of the invention will become apparent from the following description a schematically illustrated in the drawing, preferred embodiment.
Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Turbolader in Perspektivansicht, teilweise im Schnitt, an dem die vorliegende Erfindung zur Anwendung kommt; und
- Fig. 2
- eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen, in einen Turbolader nach Fig. 1 einzusetzenden Schaufellagerring.
- Fig. 1
- a turbocharger in perspective view, partially in section, to which the present invention is applied; and
- Fig. 2
- a perspective view of a blade bearing ring according to the invention, to be used in a turbocharger according to Fig. 1.
Gemäß Fig. 1 weist ein Turbolader 1 in üblicher Weise einen Turbinengehäuseteil 2 und
einen damit verbundenen Kompressorgehäuseteil 3 auf, die entlang einer Rotationsachse
R angeordnet sind. Der Turbinengehäuseteil 2 ist teilweise im Schnitt gezeigt, so daß
darin ein Schaufellagerring 6 ein radial äußeres Leitgitter bildende, über den Umfang verteilte
Leitschaufeln 7 um ihre den Schaufellagerring 6 durchsetzenden Schwenkachsen 8
verdreht, so daß sie zwischen einander Düsenquerschnitte bilden, die je nach der Lage
der Leitschaufeln 7, nämlich radial (wie dargestellt) oder mehr tangential, größer oder
kleiner sind und den in der Mitte an der Achse R gelegene Turbinenrotor 4 mehr oder
weniger mit dem über einen Zufuhrkanal 9 zugeführten und über einen zentralen Stutzen
10 abgeführten Abgas eines Motors beaufschlagen, um über den Turbinenrotor 4 einen
auf derselben Welle sitzenden Kompressorrotor 21 anzutreiben.1, a turbocharger 1 in a conventional manner a
Um die Bewegung bzw. die Lage der Leitschaufeln 7 zu steuern, ist eine Betätigungseinrichtung
11 vorgesehen. Diese kann an sich beliebiger Natur sein, doch ist es bevorzugt,
wenn sie, in an sich herkömmlicher Weise, ein Steuergehäuse 12 aufweist, das die Steuerbewegung
eines an ihr befestigten Stößelgliedes 14 steuert, dessen Bewegung in an
sich bekannter Weise auf einen hinter dem Schaufellagerring 6 (links dahinter in Fig. 1)
gelegenen Verstellring 5 in eine leichte Drehbewegung desselben umzusetzen. Durch
diese Drehbewegung werden über die Wellen 8 die Leitschaufeln 7 hinsichtlich ihrer
Drehlage relativ zum Turbinenrotor 4 so verstellt, daß sie aus einer etwa tangential verlaufenden
einen Extremstellung in eine etwa radial verlaufende andere Extremlage verstellbar
sind. Dadurch wird das über den Zufuhrkanal zugeführte Abgas eines Verbrennungsmotors
mehr oder weniger dem Turbinenrotor 4 zugeführt, bevor es bei dem sich
entlang der Drehachse R erstreckenden Axialstutzen 10 wieder austritt.To control the movement or the position of the
Zwischen dem Schaufellagerring 6 und einem ringförmigen Teil 15 des Turbinengehäuseteiles
2 verbleibt ein relativ schmaler Raum 13 um den Schaufeln 7 eine freie Beweglichkeit
zu gestatten. Natürlich darf dieser Schaufelraum 13 nicht wesentlich größer als die
Breite der Schaufeln 7 sein, weil dann die Abgasenergie Leckverluste erleiden würde.
Anderseits darf der Schaufelraum 13 aber auch nicht zu knapp bemessen sein, weil dann
die Schaufeln 7 klemmen könnten. Dies ist auch deshalb besonders bedeutsam, weil ja
durch die heißen Abgase mit einer gewissen Wärmedehnung des Materials gerechnet
werden muß.Between the blade bearing
Um daher diesen Schaufelraum 13 bzw. den Abstand des Schaufellagerringes 6 vom
gegenüberliegenden Lagerring 15 zu sichern, trägt der Schaufellagerring 6 angeformte,
mit ihm einstückig ausgebildete Abstandhalter 16. Diese Abstandhalter 16 sind besser
aus Fig. 2 zu ersehen, wo ein Schaufellagerring 6 ohne die in ihm gelagerten Schaufeln 7
zu sehen ist.Therefore, this
Wie ersichtlich, sind die Abstandhalter 16 in gleichmäßigen Winkelabständen in Umfangsrichtung
des Ringes 6 rund um die Rotationsachse R angeordnet, so daß der Abstand
zum Lagerring 15 (Fig. 1) über den gesamten Umfang gleich groß ist. Diese Abstandhalter
16 sind mit dem Schaufellagerring 6 in einem Stück ausgebildet, vorzugsweise durch
einen Gießvorgang, insbesondere durch Feingießen, so daß sie mit dem Ring 6 in unmittelbarer
Wärmeleitverbindung stehen. Es versteht sich, daß auch andere Herstellvorgänge
für einen einstückigen Teil 6, 16 denkbar sind, doch ist ein Gießvorgang bevorzugt.As can be seen, the
Wenn daher heißes Abgas über den Zuführkanal 9 (oder mehrere Zuführkanäle) in den
Schaufelraum 13 strömt, so verteilt sich diese Wärme relativ rasch über den Schaufellagerring
6 und dessen Abstandhalter 16, so daß an allen Orten im wesentlichen dieselbe
Wärmedehnung erzielt und damit der Abstand zum Lagerring 15 mit Sicherheit über den
Umfang des Schaufellagerringes 6 gleichmäßig sein wird. Wären die Abstandhalter etwa
an in Bohrlöcher des Ringes 6 eingeschraubten Hülsen, also aus separaten Teilen, ausgebildet,
so wäre einerseits der Wärmeübergang nicht so gut und anderseits könnten
diese Hülsen schwerlich aus demselben (z.B. Guß-)Material bestehen, so daß auch die
Dehnungskoëffizienten unterschiedlich wären. Dies alles wird - zur Erhöhung der Präzision
und Verläßlichkeit im Betrieb - durch die Erfindung vermieden.Therefore, when hot exhaust gas via the supply channel 9 (or more feed channels) in the
An sich könnten die Abstandhalter 16 natürlich an verschiedenen Stellen des Radius des
Schaufellagerringes 6 angeordnet werden, doch ist es bevorzugt, wenn sie in der ersichtlichen
Weise am Umfangsrand des Ringes 6 angeordnet sind. Andernfalls müßten sie
nämlich an Stelle einer entsprechenden Leitschaufel angeordnet werden, wie dies in der
US-A-4,659,295 vorgeschlagen worden ist.In itself, the
Ferner wurde bereits erwähnt, daß es möglich wäre, wenigstens einen Teil der Abstandhalter
16 am Lagerring 15 vorzusehen und gegen den Schaufellagerring 6 vorragen zu
lassen, doch sind dort die Verhältnisse infolge der komplizierten Raumform des Turbinengehäuseteil
2 nicht so günstig wie bei der einfachen Form des Schaufellagerringes 6.
Auch ist klar, daß es zwar an sich möglich wäre, nur zwei Abstandhalter 16 oder auch
mehr als drei vorzusehen, daß aber mit genau drei Abstandhaltern 16 die Verbindungsebene
zum Lagerring 15 (Fig. 1) geometrisch genau definiert ist. Es empfiehlt sich überdies,
die diesem Lagerring 15 gegenüberliegenden und mit ihm in Verbindung tretenden
Flächen 17 spanabhebend zu bearbeiten, beispielsweise durch Fräsen oder Drehen, um
die axiale Länge aller Abstandhalter genau einzuhalten.Furthermore, it has already been mentioned that it would be possible to have at least a part of the spacers
Provide 16 on the
Für diese zuletzt genannte Verbindung mit dem Lagerring 15 ist es vorteilhaft, die Abstandhalter
16 jeweils von einer Bohrung 18 für Verbindungsbolzen mit dem Lagerring 15
zu durchsetzen, so daß die Kräfte der Verbindung unmittelbar auf die Flächen 17 der Abstandhalter
16 wirken. Auch ist aus Fig. 2 ersichtlich, daß die Abstandhalter 16 im Rahmen
der Erfindung eine aerodynamisch günstige Form erhalten können und insbesondere
selbst schaufelartig ausgebildet werden. Im Falle einer aus aerodynamischen Gesichtspunkten
gewählten länglichen Form, wie sie auch aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist es vorteilhaft,
wenn sich diese längliche Form etwa in tangentialer Richtung - bezogen auf den
Ring 6 - erstreckt.For this latter connection with the
Ferner ist es vorteilhaft, wenn entlang des Umfangsrandes des jeweiligen Ringes 15
und/oder 6 und insbesondere des Schaufellagerringes 6 selbst, eine sich in axialer Richtung
vom Schaufelraum 13 (bezogen auf Fig. 2 ist dies der Raum, der durch die axiale
Länge L der Abstandhalter 16 bestimmt wird) zurückweichende Fläche 19 vorgesehen ist.
Diese zurückweichende Fläche 19 ist im Beispiel der Fig. 2 bevorzugt konisch abgeschrägt,
kann aber für gewisse Anwendungen gewünschtenfalls auch abgesetzt sein,
etwa in Form einer Stufe mit abgerundetem Winkel. Dies hat sich für die aerodynamischen
Verhältnisse innerhalb des Schaufelraumes 13 (Fig. 1) herausgestellt, welche
Schaufeln 7 (Fig. 1) - wie erwähnt - an Verstellwellen sitzen, die jeweils eine Bohrung 20
aus einem in Umfangsrichtung des Schaufellagerringes 6 verlaufenden Kranz von Bohrungen
20 durchsetzen. Es versteht sich, daß eine solche vom Raum 13 zurückweichende
Fläche auch am Ring 15 vorgesehen sein kann, obwohl sie bevorzugt nur am Schaufellagerring
6 vorgesehen ist.Furthermore, it is advantageous if along the peripheral edge of the respective ring 15th
and / or 6 and in particular of the blade bearing
Aus den obigen Erläuterungen wird auch klar, daß durch die Erfindung die Herstellung
der Abstandhalter mit dem Schaufellagering 6 ebenso vereinfacht wird, wie sein darauf
folgender Einbau in den Turbinengehäuseteil 2. Überdies wird ein gleichmäßigerer und
unmittelbarer Wärmeübergang zwischen Schaufellagerring 6 und Abstandhalter 16 erzielt.
Dabei wird die Verläßlichkeit der präzisen Einhaltung des axialen Abstandes für den
Schaufelraum 13 unter allen Betriebsbedingungen erhöht.From the above explanations it is also clear that the invention
the spacer with the blade bearing
Ferner versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf die dargestellte Ausführung beschränkt
ist; beispielsweise kann sie auch für Turbolader mit mehr als einem Turbinenrotor
2 und/oder Kompressorrotor 21 oder mit mehr als einem Zuführkanal 9 angewandt
werden. Überdies wäre es denkbar, nicht alle Abstandhalter 16 mit Bohrungen 18 zu versehen,
insbesondere, wenn etwa mehr als drei Abstandhalter 16 vorgesehen sein sollten,
beispielsweise sechs. Statt den Schaufellagerring 6 samt den Abstandhaltern 16 durch
Gießen herzustellen, könnte die aus Fig. 2 ersichtliche Oberfläche beispielsweise auch
durch Fließpressen erhalten werden, wie dies für andere fluiddurchströmte Autobestandteile
bereits vorgeschlagen worden ist.Furthermore, it should be understood that the invention is not limited to the illustrated embodiment
is; For example, it can also be used for turbochargers with more than one
Claims (10)
mindestens einer der beiden Ringe (6, 15) in Umfangsrichtung verteilt Abstandhalter (16) einteilig angeformt aufweist, durch die der axiale Abstand der beiden Ringe (6, 15) sicherbar ist.Turbocharger comprising:
At least one of the two rings (6, 15) distributed in the circumferential direction spacers (16) integrally formed, through which the axial distance of the two rings (6, 15) is securable.
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