EP2212523A1 - Leitapparat für eine turbine eines abgasturboladers - Google Patents

Leitapparat für eine turbine eines abgasturboladers

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Publication number
EP2212523A1
EP2212523A1 EP08802852A EP08802852A EP2212523A1 EP 2212523 A1 EP2212523 A1 EP 2212523A1 EP 08802852 A EP08802852 A EP 08802852A EP 08802852 A EP08802852 A EP 08802852A EP 2212523 A1 EP2212523 A1 EP 2212523A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bearing housing
turbine
sliding wall
exhaust gas
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08802852A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Ortmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP2212523A1 publication Critical patent/EP2212523A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/60—Assembly methods
    • F05D2230/64—Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins

Definitions

  • the invention relates to a distributor for a turbine of an exhaust gas turbocharger with the features of the preamble of patent claim 1.
  • the operating behavior of the exhaust-gas turbocharger is determined via an adjustment unit, a so-called distributor, or a variable exhaust-gas throttle on the turbine side.
  • the adjustment basically consists of adjustable vanes, which are pivotally mounted between two sliding plates.
  • the diffuser is usually secured by a frictional connection between the bearing housing and the turbine housing in the axial direction.
  • the nozzle is positively connected against rotation by at least one circumferential Vermospin with the turbine housing.
  • a further embodiment is known, for example, from the European patent EP 1 574 673 B1.
  • the diffuser is screwed through a hollow, exhaust-carrying central screw assembly in the turbine housing.
  • pins are provided, which are inserted into corresponding holes in the nozzle and the turbine housing.
  • a spring element is arranged between the nozzle and the turbine housing.
  • a temperature-dependent deformation of the turbine housing causes a deformation of the nozzle, which can lead to a malfunction.
  • the axial improvement of the diffuser depends on the deformation of the bearing housing, turbine housing, diffuser and its tolerance chain.
  • the axial compression of the diffuser is deformation-dependent on the bearing housing, the turbine housing and the diffuser itself, as well as their different thermal expansion coefficients.
  • the object of the present invention is o. G. To avoid disadvantages.
  • the embodiment according to claim 2 corresponds to a first particularly preferred embodiment.
  • the embodiment according to claim 3 corresponds to a second particularly preferred embodiment.
  • the embodiment according to claim 4 is an advantageous development of the second particularly preferred embodiment.
  • Fig. 1 shows a plan view of an inventive, three-dimensional illustrated nozzle.
  • Fig. 2 shows a plan view of the nozzle according to the invention, installed in a turbine housing.
  • Fig. 3 shows a section through a first, particularly preferred
  • Fig. 4 shows a section through a second, particularly preferred
  • the guide apparatus 1 consists essentially of two, spaced over four spacer bolts 4, largely annular and mutually parallel sliding walls 5, 6, between which a plurality of guide vanes 7 (three are quantified ) are arranged pivotably.
  • the distributor 1 with four screws 8 can be screwed to a bearing housing 1 "of an exhaust gas turbocharger shown in FIG. 2.
  • Fig. 3 shows a section through a first particularly preferred embodiment of an inventively designed exhaust gas turbocharger 3. Since the exhaust gas turbocharger 3 is constructed largely rotationally symmetrical, only one half is shown.
  • the distributor 1 is arranged between the turbine housing 1 'and the bearing housing 1 ", and a guide vane 7 is pivotally arranged between the turbine housing-side sliding wall 5 and the bearing housing-side sliding wall 6.
  • the guide vane 7 can be pivoted by an adjusting mechanism 14.
  • the adjusting mechanism 14 does not become since it is known from the prior art, according to the invention, the bearing housing-side sliding wall 6 is screwed to the bearing housing 1 "with the screw 8.
  • the sliding wall 6 has a through hole 9, which corresponds to a threaded bore 10 in the bearing housing 1 "Since the diffuser 1 is screwed to the bearing housing 1", in this first particularly preferred embodiment, an anti-twist protection of the guide apparatus 1 can be dispensed with.
  • the diffuser 1 is installed biased in the region of the turbine 2 by a spring element 13.
  • the spring element 13 is particularly preferably a plate spring.
  • FIG. 4 shows a section through a second particularly preferred exemplary embodiment of an exhaust gas turbocharger 3 designed according to the invention.
  • Fig. 4 shows substantially the same geometric relationships as in Fig. 3, but in this second particularly preferred embodiment, the nozzle 1 is pressed against the bearing housing 1 "via a clamping ring 11.
  • the clamping ring 11 is in Fig. 4, on base the cutting position not visible screws to the bearing housing 1 "screwed.
  • a rotation of a clamping element 12 is provided for the distributor 1, in the present second embodiment, a pin.
  • the distributor 1 can be connected directly (first embodiment) or indirectly (second embodiment) to the bearing housing 1 ".

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Abstract

Leitapparat (1) für ein Turbinenrad (2) eines Abgasturboladers (3) mit einem Turbinengehäuse (1') und mit einem Lagergehäuse (1'), zwischen denen der Leitapparat (1) anordenbar ist, bestehend aus zwei über zumindest zwei Distanzbolzen (4) beabstandeten, weitgehend ringförmigen und parallel zueinander angeordneten Gleitwänden (5, 6), zwischen denen zumindest eine Leitschaufel (7) verschwenkbar angeordnet ist, wobei die dem Lagergehäuse (1') zugewandte Gleitwand (6) unmittelbar oder mittelbar mit dem Lagergehäuse (1') verschraubbar ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine thermische Deformation des Leitapparates weitgehend vermieden.

Description

Leitapparat für eine Turbine eines Abgasturboladers
Die Erfindung betrifft einen Leitapparat für eine Turbine eines Abgasturboladers mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind Brennkraftmaschinen, die mit einem oder mehreren Abgasturboladern aufgeladen werden, bekannt. Das Betriebsverhalten des Abgasturboladers wird über eine Verstelleinheit, einem sog. Leitapparat, bzw. eine variable Abgasdrossel auf der Turbinenseite, bestimmt. Die Verstelleinheit besteht grundsätzlich aus verstellbaren Leitschaufeln, die verschwenkbar zwischen zwei Gleitplatten gelagert sind. Der Leitapparat ist meistens durch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Lagergehäuse und dem Turbinengehäuse in axialer Richtung befestigt. Weiter ist der Leitapparat gegen Verdrehen durch zumindest einen im Umfang befindlichen Verdrehpin mit dem Turbinengehäuse formschlüssig verbunden.
Eine weitere Ausführungsform ist beispielsweise aus der europäischen Patentschrift EP 1 574 673 B1 bekannt. In dieser Schrift wird der Leitapparat durch einen hohlen, abgasführenden Zentralschraubenverbund in das Turbinengehäuse eingeschraubt. Zur Verdrehsicherung sind wiederum Stifte vorgesehen, die in korrespondierenden Bohrungen in dem Leitapparat und dem Turbinengehäuse eingesteckt werden. Um einer thermischen Verformung entgegenzuwirken ist zwischen dem Leitapparat und dem Turbinengehäuse ein Federelement angeordnet.
Eine weitere gattungsgemäße Ausführungsform ist aus der deutschen Offen- legungsschrift DE 10 2004 038 748 A1 bekannt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird der Leitapparat gegen Verdrehen durch Stifte gesichert, die in korrespondierenden Bohrungen in dem Leitapparat sowie in dem Turbinengehäuse angeordnet werden. Zwischen dem Turbinenrad und dem Lagergehäuse ist ein als Federelement ausgebildeter thermischer Hitzeschild angeordnet.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten konstruktiven Ausgestaltungen ergeben sich folgende Nachteile:
=> Eine temperaturabhängige Verformung des Turbinengehäuses bewirkt eine Verformung des Leitapparates, was zu einer Fehlfunktion führen kann.
=> Es entsteht eine starke Rissempfindlichkeit im Bereich der Verdrehsicherungen im Turbinengehäuse.
=> Die axiale Verbesserung des Leitapparates ist verformungsabhängig vom Lagergehäuse, Turbinengehäuse, Leitapparat und dessen Toleranzkette.
=> Die axiale Verpressung des Leitapparates ist verformungsabhängig von dem Lagergehäuse, dem Turbinengehäuse und dem Leitapparat selbst, sowie deren unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, o. g. Nachteile zu vermeiden.
Diese Nachteile werden erfindungsgemäß mit dem Merkmal aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine Entkoppelung der Lei- tapparatverpressung von dem Turbinengehäuse und der Lagergehäusever- schraubung erzielt. Darüber hinaus wird eine Entkoppelung der Leitapparat- verpressung von der thermischen Dehnung des Turbinengehäuses erzielt. Weiter wird das Kraftniveau am Leitapparat durch Ersatz der Leitapparatver- pressung durch die erfindungsgemäße Verschraubung reduziert. Darüber hinaus resultiert eine Robustheitssteigerung bezüglich einer Leitschaufelver- klemmung durch die Reduzierung einer möglichen Vorschädigung beim Zusammenbau durch plastische Verformungen. Weiter führt die erfindungsgemäße Ausgestaltung zu einer Kostenreduzierung durch eine Vereinfachung der Turbinengehäusebearbeitung. Darüber hinaus ist eine Gewichts- und Kostenreduzierung durch Materialminimierung im Turbinengehäuse im Vergleich zum Stand der Technik möglich. In vorteilhafter Weise dient die Verschraubung gleichzeitig in einfacher Weise auch als Verdrehsicherung des Leitapparates.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 entspricht einem ersten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 entspricht einem zweiten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 ist eine vorteilhafte Weiterbildung des zweiten besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles.
Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 können thermische Formabweichungen nochmals deutlich minimiert werden. Außerdem ist die Einstellung einer nahezu konstanten Krafteinwirkung am Leitapparat durch die Verwendung des Federelementes, bevorzugt einer Tellerfeder, möglich (Toleranzausgleich). Im Folgenden ist die Erfindung anhand zweier besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele in vier Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen, dreidimensional dargestellten Leitapparat.
Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf den erfindungsgemäßen Leitapparat, eingebaut in einem Turbinengehäuse.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch ein erstes, besonders bevorzugtes
Ausführungsbeispiel.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch ein zweites, besonders bevorzugtes
Ausführungsbeispiel.
Im Folgenden gelten in allen Figuren für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
Fig. 1 zeigt die Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen, dreidimensional dargestellten Leitapparat 1. Der Leitapparat 1 besteht im Wesentlichen aus zwei, über vier Distanzbolzen 4 beabstandeten, weitgehend ringförmigen und parallel zueinander angeordneten Gleitwänden 5, 6, zwischen denen mehrere Leitschaufeln 7 (drei sind beziffert) verschwenkbar angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist der Leitapparat 1 mit vier Schrauben 8 an einem in Fig. 2 dargestellten Lagergehäuse 1 " eines Abgasturboladers anschraubbar.
Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf den Leitapparat 1 aus Fig. 1 , eingebaut in einem Abgasturbolader 3, von dem ein Turbinengehäuse Y und ein Lagergehäuse 1" aufweist. Das Turbinengehäuse 1 ' ist zur besseren Darstellung geschnitten dargestellt. Erfindungsgemäß ist der Leitapparat 1 mit der dem Lagergehäuse 1" zugewandten Gleitwand 6 an das Lagergehäuse 1" mit meh- reren, einer erkennbar dargestellten Schraube 8 angeschraubt. Im Inneren des Leitapparates 1 ist eine Turbine 2 des Abgasturboladers 3 angeordnet. Beim Betrieb einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine wird das Betriebsverhalten des Abgasturboladers 3 über den Leitapparat 1 , einer variablen Abgasdrossel, auf der Turbinenseite, bestimmt. Durch Verschwenken der Leitschaufeln 7 zwischen den Gleitwänden 5, 6 wird der Abgasmassenstrom auf das Turbinenrad 2 variiert. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Anzahl der Schrauben 8 sowie die Anzahl der Leitschaufeln 7 bzw. der Distanzbolzen 4 von dem vorliegenden Ausführungsbeispiel abweichen.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch ein erstes besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäß ausgestalteten Abgasturbolader 3. Da der Abgasturbolader 3 weitgehend rotationssymmetrisch aufgebaut ist, ist nur eine Hälfte dargestellt. Zwischen dem Turbinengehäuse 1' und dem Lagergehäuse 1" ist der Leitapparat 1 angeordnet. Zwischen der turbinenge- häuseseitigen Gleitwand 5 und der lagergehäuseseitigen Gleitwand 6 ist eine Leitschaufel 7 schwenkbar angeordnet. Die Leitschaufel 7 ist von einem Verstellmechanismus 14 verschwenkbar. Der Verstellmechanismus 14 wird nicht weiter erläutert, da er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Erfindungs- gemäß ist die lagergehäuseseitige Gleitwand 6 mit der Schraube 8 an das Lagergehäuse 1" angeschraubt. Hierfür weist die Gleitwand 6 eine Durchgangsbohrung 9 auf, die zu einer Gewindebohrung 10 in dem Lagergehäuse 1" korrespondiert. Da der Leitapparat 1 an das Lagergehäuse 1 " angeschraubt ist, kann bei diesem ersten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel auf eine Verdrehsicherung des Leitapparates 1 verzichtet werden. Um thermischen Verspannungen entgegenzuwirken ist der Leitapparat 1 im Bereich der Turbine 2 von einem Federelement 13 vorgespannt eingebaut. Das Federelement 13 ist besonders bevorzugt eine Tellerfeder.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch ein zweites besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen erfϊndungsgemäß ausgestalteten Abgasturbolader 3. Fig. 4 zeigt im Wesentlichen die gleichen geometrischen Verhältnisse wie Fig. 3, jedoch wird in diesem zweiten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Leitapparat 1 über einen Klemmring 11 gegen das Lagergehäuse 1 " gedrückt. Hierfür ist der Klemmring 11 mit in Fig. 4, auf Grund der Schnittlage nicht sichtbaren Schrauben an das Lagergehäuse 1" geschraubt. Als Verdrehsicherung ist für den Leitapparat 1 ein Klemmelement 12 vorgesehen, im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel ein Stift.
Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, kann der Leitapparat 1 unmittelbar (erstes Ausführungsbeispiel) oder mittelbar (zweites Ausführungsbeispiel) an das Lagergehäuse 1" angebunden sein.
In Summe ergeben sich somit folgende Vorteile durch die erfindungsgemäße
Ausgestaltung:
Es resultiert
❖ eine Entkopplung der Leitapparatverpressung von Turbinengehäuse 1' und Lagergehäuseverschraubung 1",
❖ eine Entkopplung der Leitapparatverpressung von einer thermischen Dehnung des Turbinengehäuses 1',
❖ eine Reduzierung des Kraftniveaus am Leitapparat 1 durch Ersatz der Leitapparatverpressung durch die erfindungsgemäße Verschraubung,
❖ eine Robustheitssteigerung bezüglich einem Leitschaufelstecken (Verklemmen) durch Reduzierung einer möglichen Vorschädigung beim Zusammenbau durch plastische Verformungen,
❖ eine Gewichts- und Kostenreduzierung durch ein Materialminimierung im Turbinengehäuse 1',
❖ eine Reduzierung der Rissempfindlichkeit des Turbinengehäuses 1 ' durch Entfall der Verdrehsicherung im Turbinengehäuse V
♦> Es ist die Einstellung einer nahezu konstanten Krafteinwirkung am Leitapparat 1 durch die Verwendung des Federelementes 13 zum Toleranzausgleich möglich. Es erfolgt eine Kostenreduzierung durch Vereinfachung der Turbinen- gehäusebearbeitung.
Durch die Verwendung der Verschraubung dient diese im ersten Ausführungsbeispiel gleichzeitig als Verdrehsicherung des Leitapparates 1.
Bezugszeichenliste:
1. Leitapparat r Turbinengehäuse
1 " Lagergehäuse
2. Turbinenrad
3. Abgasturbolader
4. Distanzbolzen
5. Gleitwand
6. Gleitwand
7. Leitschaufel
8. Schraube
9. Durchgangsbohrung
10. Gewindebohrung
11. Klemmring
12. Klemmelement
13. Federelement
14. Verstellmechanismus

Claims

Leitapparat für eine Turbine eines AbgasturboladersPatentansprüche
1. Leitapparat (1) für ein Turbinenrad (2) eines Abgasturboladers (3) mit einem Turbinengehäuse (T) und mit einem Lagergehäuse (1"), zwischen denen der Leitapparat (1) anordenbar ist, bestehend aus zwei über zumindest zwei Distanzbolzen (4) beabstandeten, weitgehend ringförmigen und parallel zueinander angeordneten Gleitwänden (5, 6), zwischen denen zumindest eine Leitschaufel (7) verschwenkbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Lagergehäuse (T') zugewandte Gleitwand (6) unmittelbar oder mittelbar mit dem Lagergehäuse (T) verschraubbar ist.
2. Leitapparat nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die dem Lagergehäuse (T') zugewandte Gleitwand (6) mit zumindest zwei am Umfang der Gleitwand (6) anor- denbaren Schrauben (8) an das Lagergehäuse (T) schraubbar ist, wobei die Gleitwand (6) zur Durchführung der Schrauben (8) stirnseitige Durchgangsbohrungen (9) aufweist, die zu Gewindebohrungen (10) in dem Lagergehäuse (T') korrespondieren.
3. Leitapparat nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klemmring (11) für die dem Lagergehäuse (1") zugewandte Gleitwand (6) vorgesehen ist, der an das Lagergehäuse (1") schraubbar ist, wobei der Klemmring (11) stirnseitige zur Durchführung der Schrauben (8) vorgesehenen Durchgangsbohrungen aufweist, die zu Gewindebohrungen in dem Lagergehäuse (1 ") korrespondieren, wobei der Klemmring (11) einen Innendurchmesser aufweist der kleiner ist als ein Außendurchmesser der dem Lagergehäuse (1") zugewandte Gleitwand (6).
4. Leitapparat nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Lagergehäuse (1") zugewandte Gleitwand (6) mit einem Klemmelement (12) drehgesichert ist.
5. Leitapparat nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (13) vorgesehen ist, mit dem die dem Lagergehäuse (1") zugewandte Gleitwand (6) radial innen vom Lagergehäuse (1") wegdrückbar ist.
I O
EP08802852A 2007-11-28 2008-10-10 Leitapparat für eine turbine eines abgasturboladers Withdrawn EP2212523A1 (de)

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