EP2805027A1 - Abgasturbolader - Google Patents

Abgasturbolader

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Publication number
EP2805027A1
EP2805027A1 EP13700611.0A EP13700611A EP2805027A1 EP 2805027 A1 EP2805027 A1 EP 2805027A1 EP 13700611 A EP13700611 A EP 13700611A EP 2805027 A1 EP2805027 A1 EP 2805027A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exhaust gas
gas turbocharger
housing part
insert
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Withdrawn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
EP13700611.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Ihli
Roberto De Santis
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.)
IHI Charging Systems International GmbH
Original Assignee
IHI Charging Systems International GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Charging Systems International GmbH filed Critical IHI Charging Systems International GmbH
Publication of EP2805027A1 publication Critical patent/EP2805027A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/04—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being other than water or steam only
    • F02B47/08—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being other than water or steam only the substances including exhaust gas
    • 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
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/045—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector for radial flow machines or engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • 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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • 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

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas turbocharger specified in the preamble of claim 1. Art.
  • EP 2 348 195 A2 discloses an exhaust gas turbocharger with a turbine comprising a turbine housing and with a bearing housing.
  • the exhaust gas turbocharger also includes a turbine housing and the bearing housing separately formed guide with two insert elements.
  • One of the insert elements is a carrier element.
  • the other of the insert elements is a cover element.
  • the insert elements are to form a flow channel between the insert elements in the axial direction of the
  • Exhaust gas turbocharger spaced from each other.
  • guide vanes of the guide are mounted relative to the insert elements movable.
  • the insert element which is more closely associated with a turbine outlet of the turbine, has a first wall area extending at least substantially in the radial direction and an adjoining one, at least substantially in the axial direction
  • the wall regions form a corner region of the insert element.
  • the second wall region has a circumferential groove in which a sealing element is accommodated.
  • WO 2007/046798 A1 also has such an exhaust gas turbocharger. Also that of the insert elements of the exhaust gas turbocharger, which is assigned to the turbine outlet closer, has in its second wall region two grooves in which respective sealing elements are arranged.
  • Patent claim 1 solved.
  • Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.
  • Such an exhaust gas turbocharger comprises at least one housing part, on which at least partially one of the housing part, in particular of all housing parts of the
  • Exhaust gas turbocharger separately formed guide is arranged.
  • the guide comprises two insert elements, which are spaced apart from each other in the axial direction to form a flow channel between the insert elements.
  • the insert elements limit the flow channel in the axial direction of the exhaust gas turbocharger.
  • the guide comprises vanes, which at least at one of
  • Insert elements are mounted movable relative to the insert elements.
  • Guide vanes serve to divert or deflect the exhaust gas flowing through the flow channel.
  • At least one first of the insert elements has at least one, at least substantially in the radial direction of the exhaust gas turbocharger extending first
  • the wall regions form a corner region of the insert element.
  • the first insert element is thus adapted accordingly in terms of its geometry or its outer contour to exposures of the first insert element with high temperatures during operation of the exhaust gas turbocharger, so that the first insert element is not or only slightly deformed.
  • the risk of jamming and / or any other malfunction of the movable relative to the insert elements vanes is thus avoided or kept very low. Functional gaps between the vanes and the insert elements can be kept very low, so that the
  • Exhaust gas flowing through the flow channel can not flow past the guide vanes or only in very small amounts and a turbine wheel of a turbine of the exhaust gas turbocharger can flow in an undirected manner.
  • At least substantially all of the exhaust gas flowing through the flow channel can be flow-effectively discharged by means of the guide vanes.
  • the exhaust gas turbocharger can be designed in particular as a reciprocating internal combustion engine
  • the recess has a bottom, which is opposite to a first
  • the recess is set back.
  • the recess is limited to at least three sides.
  • the recess may for example be formed as a groove whose corners may be rounded.
  • the first insert element preferably has the at least one recess in the first wall region and at least one second recess in the corner region. This leads to a particularly small deformation of the first insert element, which benefits the functional reliability and the efficient operation of the exhaust gas turbocharger according to the invention.
  • the recess serves not only to illustrate the advantageous deformation behavior of the first insert element but also for receiving and securing the sealing element. This keeps the costs of the exhaust gas turbocharger according to the invention in a small framework.
  • the housing part is a
  • Turbine housing of the turbine of the exhaust gas turbocharger is subjected to very high temperatures during operation of the exhaust gas turbocharger, since it is flowed through by exhaust gas of the internal combustion engine.
  • the first insert element is arranged in particularly close proximity to the turbine housing, the risk of a very high temperature exposure of the first insert element of the turbine housing is relatively high, if no corresponding countermeasures are taken.
  • the at least one recess at least minimizes thermally induced deformations of the first insert element.
  • the exhaust gas turbocharger may also be connected to the turbine housing
  • Bearing housing include, on or in which at least partially a rotor of the exhaust gas turbocharger is mounted.
  • the rotor comprises the turbine wheel and a shaft with which the turbine wheel is rotatably connected.
  • the exhaust gas turbocharger may further comprise a compressor with a compressor housing, in which at least partially a compressor wheel is arranged. Also, the compressor is associated with the rotor and rotatably connected to the shaft. The rotor is about an axis of rotation relative to the bearing housing, relative to the Compressor housing and rotatable relative to the turbine housing. As a result of the rotationally fixed connections, the compressor wheel can be driven via the turbine wheel and compress the air supplied to the internal combustion engine.
  • the housing part is partially received in the recess.
  • the guide device is preferably fastened exclusively via one of the insert elements, in particular exclusively via the second insert element, to a housing part, in particular to the bearing housing, of the exhaust gas turbocharger. This attachment of the guide allows the realization of only a relatively small
  • the insert elements are connected to each other by means of at least one connecting element.
  • the connecting element may be formed separately from the insert elements, whereby a simple mounting of the guide is made possible.
  • about the connecting element is that of the
  • Insert elements which is not attached to a housing part of the exhaust gas turbocharger, on that of the insert elements, which on a housing part of the
  • Exhaust gas turbocharger is attached, held.
  • the guide can be stored relative to the housing part or the housing part of the exhaust gas turbocharger and precisely aligned.
  • the first insert element is spaced from the housing part. Heat transfer from the housing part to the first
  • Insert element can be kept so low, so that there is only very small, thermally induced deformations of the first insert element.
  • the entire guide is spaced from the housing part, in particular from all housing parts, of the exhaust gas turbocharger.
  • only very small function gaps can be realized, which is accompanied by a particularly efficient and efficient operation of the exhaust gas turbocharger.
  • FIG. 1 shows a detail of a schematic longitudinal sectional view of a turbine of an exhaust gas turbocharger, with a turbine housing, in which a guide device for discharging exhaust gas flowing through the turbine housing is arranged;
  • FIG. 1 shows a turbine 10 of an exhaust-gas turbocharger for an internal combustion engine designed, for example, as a reciprocating internal combustion engine.
  • the turbine 10 comprises a turbine housing 12, which has at least one feed channel 14.
  • the turbine housing 12 further has a receiving space in which a turbine wheel of the turbine 10 is at least partially rotatably received about an axis of rotation relative to the turbine housing 12.
  • the exhaust gas turbocharger further comprises a bearing housing, not shown in FIG. 1, which adjoins the turbine housing 12 in the axial direction of the exhaust gas turbocharger and is connected to the turbine housing 12.
  • a rotor of the exhaust gas turbocharger is rotatable about the axis of rotation relative to the bearing housing stored.
  • the rotor comprises a shaft with which the turbine wheel is rotatably connected.
  • the exhaust gas turbocharger comprises a compressor with a
  • Compressor housing which adjoins the bearing housing in the axial direction of the exhaust gas turbocharger and is connected thereto.
  • the compressor housing has a further receiving space in which a compressor wheel of the compressor is at least partially rotatably received about the axis of rotation relative to the compressor housing.
  • the compressor is also associated with the rotor and rotatably connected to the shaft.
  • the compressor can be driven by the turbine and compress the internal combustion engine air supplied.
  • the internal combustion engine with compressed air can be supplied and efficiently driven, resulting in only low fuel consumption and thus low C0 2 emissions.
  • the exhaust gas turbocharger also includes a guide 16, which in the
  • the guide 16 includes a first
  • the guide device 16 further comprises a second insert element, which is referred to as a carrier element 20.
  • the cover member 18 and the support member 20 are - as shown in FIG. 1 can be seen - in the axial direction of the turbine 10 and thus of the exhaust gas turbocharger with formation of a flow channel 22 between the cover 18 and the support member 20 spaced from each other. In other words, that limits
  • the cover element 18 is also referred to as a counter contour element or contour element, since it has, at least in some areas, a mating contour which corresponds at least essentially to an outer contour of the turbine wheel.
  • the feed channel 14 extends, for example, in the circumferential direction of the turbine wheel over its circumference at least substantially helically and is fluidly connected to at least one combustion chamber, in particular a cylinder, of the internal combustion engine.
  • exhaust gas of the internal combustion engine can flow from the combustion chamber into the feed channel 14.
  • the feed channel 14 is fluidly connected to the flow channel 22 so that the exhaust gas can flow from the feed channel 14 into the flow channel 22.
  • Flow channel 22 opens into the receiving space for the turbine wheel, so that the exhaust gas flowing through the flow channel 22 can flow to the turbine wheel and thereby drive.
  • the guide 16 also includes at least partially arranged in the flow channel 22 and not shown in FIG. 1 guide vanes, which are arranged distributed in the circumferential direction of the turbine wheel over its circumference.
  • the guide vanes are used for diverting or deflecting the exhaust gas flowing through the flow channel 22, so that the exhaust gas is the turbine wheel in at least one streamlined
  • the vanes are only on the support member 20 relative to
  • the turbine 10 can be adapted to different exhaust gas mass flows. This allows the turbine 10 both at low
  • the cover 18 has a first recess 24 and a second recess 26 a the turbine housing 12 facing and the flow channel 22 facing away from 27 of the cover 18.
  • the first recess 24 is arranged in a corner region 28 of the cover element 18.
  • the presently rounded corner region 28 is characterized by a first wall region 30 extending at least substantially in the radial direction and an adjoining one, at least in the
  • the second wall portion 32 of the cover 18 is formed.
  • the second recess 26 is arranged in the first wall region 30.
  • the recesses 24, 26 are formed at least substantially groove-shaped or groove-like and limited in each case on three sides.
  • the first recess 24 has a first base 34, which adjoins a first surface 36 of a first wall part 38, to which the first recess 24 adjoins, and a second surface 40 of a second wall part 42 of the first recess 24 adjoining the first recess 24 Cover member 18 of the
  • Turbine housing 2 is set back away. Similarly, a second bottom 44 of the second recess 26 opposite the second surface 40 of the second
  • Turbine housing 12 set back away.
  • the recesses 24, 26 is thus the wall thickness of the cover member 18 in comparison to the recesses 24, 26 respectively subsequent wall parts 38, 42, 48 reduced.
  • the cover element 18 On a further side 50 facing away from the side 27, on which the cover element 18 at least partially delimits the flow channel 22, the cover element 18 is at least substantially planar, ie. the cover 18 has on the other side 50 no recess. This realizes a flow-favorable guidance of the flow channel 22 by flowing exhaust gas.
  • the cover member 18 is completely spaced from the turbine housing 12. This means that the cover member 18 does not touch the turbine housing 12.
  • a sealing member 52 is provided in the form of a V-seal.
  • the sealing element 52 could also be formed in the form of a U-seal as well.
  • the sealing element 52 is supported on the one hand on the turbine housing 12 and on the other hand on the cover 18.
  • the turbine housing 12 projects partially into the second recess 26.
  • the sealing element 52 is at least partially supported on the projecting into the second recess 26 part of the turbine housing 12.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the turbine 10 according to FIG. 1.
  • the fastening of the guide device 16 on the turbine housing 12 is explained with reference to FIG.
  • the attachment of the guide 16 on the turbine housing 2 is preferably carried out only via the support member 20 which is fixed to the turbine housing 12. This means that the cover 18 is not attached to the turbine housing 12 and not on the bearing housing and not on the compressor housing.
  • the carrier element 20 is on the turbine housing 12, but not on the bearing housing and not on
  • Compressor housing attached.
  • the cover member 18 is over at least one
  • Connecting element 54 which in the present case is a bolt, held on the carrier element 20.
  • the fastening and the positional securing of the cover element 18 relative to the turbine housing 12 or to all housing parts of the exhaust gas turbocharger thus takes place via the carrier element 20, which is secured in position relative to all housing parts of the exhaust gas turbocharger as a result of its attachment to the turbine housing 12.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit wenigstens einem Gehäuseteil (12), an welchem zumindest teilweise eine vom Gehäuseteil (12) separat ausgebildete Leiteinrichtung (16) angeordnet ist, die zwei Einsatzelemente (18, 20) umfasst, welche unter Ausbildung eines Strömungskanals (22) zwischen den Einsatzelementen (18, 20) in axialer Richtung voneinander beabstandet sind, wobei an wenigstens einem der Einsatzelemente (18, 20) Leitschaufeln der Leiteinrichtung (16), mittels welchen den Strömungskanal (22) durchströmendes Abgas ableitbar ist, relativ zu den Einsatzelementen (18, 20) bewegbar gelagert sind und wobei wenigstens ein erstes der Einsatzelemente (18) wenigstens einen sich zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckenden, ersten Wandungsbereich (30) und wenigstens einen sich daran anschließenden, sich zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckenden, zweiten Wandungsbereich (32) aufweist, welche einen Eckbereich (28) des ersten Einsatzelements (18) bilden, wobei im ersten Wandungsbereich (30) und/oder im Eckbereich (28) auf einer dem Gehäuseteil (12) zugewandten Seite (27) wenigstens eine Ausnehmung (24, 26) vorgesehen ist.

Description

Abgasturbolader
Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Die EP 2 348 195 A2 offenbart einen Abgasturbolader mit einer ein Turbinengehäuse umfassenden Turbine und mit einem Lagergehäuse. Der Abgasturbolader umfasst zudem eine vom Turbinengehäuse und vom Lagergehäuse separat ausgebildete Leiteinrichtung mit zwei Einsatzelementen. Eines der Einsatzelemente ist ein Trägerelement. Das andere der Einsatzelemente ist ein Abdeckelement. Die Einsatzelemente sind unter Ausbildung eines Strömungskanals zwischen den Einsatzelementen in axialer Richtung des
Abgasturboladers voneinander beabstandet. An wenigstens einem der Einsatzelemente sind Leitschaufeln der Leiteinrichtung relativ zu den Einsatzelementen bewegbar gelagert. Mittels der Leitschaufeln ist den Strömungskanal durchströmendes Abgas ableitbar. Das einem Turbinenausgang der Turbine näher zugeordnete Einsatzelement weist einen sich zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckenden, ersten Wandungsbereich und einen sich daran anschließenden, sich zumindest im Wesentlichen in axialer
Richtung erstreckenden, zweiten Wandungsbereich auf. Die Wandungsbereiche bilden einen Eckbereich des Einsatzelements. Der zweite Wandungsbereich weist eine umlaufende Nut auf, in welcher ein Dichtungselement aufgenommen ist.
Auch die WO 2007/046798 A1 weist einen solchen Abgasturbolader auf. Auch dasjenige der Einsatzelemente des Abgasturboladers, welches dem Turbinenausgang näher zugeordnet ist, weist in seinem zweiten Wandungsbereich zwei Nuten auf, in welchen jeweilige Dichtungselemente angeordnet sind.
Es hat sich gezeigt, dass es während des Betriebs des Abgasturboladers, bei dem heißes Abgas durch die Turbine strömt, zu thermisch bedingten Verformungen insbesondere des Turbinengehäuses und der Leiteinrichtung kommt. Um nun ein Verklemmen und/oder eine anderweitige Fehlfunktion der bewegbaren Leitschaufeln zu vermeiden, sind relativ große, sogenannte Funktionsspalte zwischen den Leitschaufeln und den
Einsatzelementen vorgesehen. Über die relativ großen Funktionsspalte kann jedoch das Abgas an den Leitschaufeln vorbeiströmen, so dass das Abgas nicht von den
Leitschaufeln abgelenkt bzw. umgelenkt wird. In der Folge kann das Abgas ungerichtet ein Turbinenrad der Turbine anströmen. Dies beeinträchtigt den effizienten Betrieb des Abgasturboladers.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Abgasturbolader einen effizienteren Betrieb aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Ein solcher Abgasturbolader umfasst wenigstens ein Gehäuseteil, an welchem zumindest teilweise ein vom Gehäuseteil, insbesondere von allen Gehäuseteilen, des
Abgasturboladers separat ausgebildete Leiteinrichtung angeordnet ist. Die Leiteinrichtung umfasst zwei Einsatzelemente, welche unter Ausbildung eines Strömungskanals zwischen den Einsatzelementen in axialer Richtung voneinander beabstandet sind. Mit anderen Worten begrenzen die Einsatzelemente den Strömungskanal in axialer Richtung des Abgasturboladers.
Die Leiteinrichtung umfasst Leitschaufeln, welche wenigstens an einem der
Einsatzelemente relativ zu den Einsatzelementen bewegbar gelagert sind. Die
Leitschaufeln dienen dazu, den Strömungskanal durchströmendes Abgas abzuleiten bzw. umzulenken. ^
Wenigstens ein erstes der Einsatzelemente weist wenigstens einen sich zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung des Abgasturboladers erstreckenden, ersten
Wandungsbereich sowie wenigstens einen sich daran anschließenden, sich zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung des Abgasturboladers erstreckenden, zweiten
Wandungsbereich auf. Die Wandungsbereiche bilden dabei einen Eckbereich des Einsatzelements. Um nun thermisch bedingte Verformungen des ersten Einsatzelements während des Betriebs des Abgasturboladers, bei dem heißes Abgas durch den Strömungskanal strömt, zu vermeiden oder besonders gering zu halten, ist erfindungsgemäß im ersten
Wandungsbereich und/oder im Eckbereich auf einer dem Gehäuseteil zugewandten Seite wenigstens eine Ausnehmung vorgesehen. Das erste Einsatzelement ist somit hinsichtlich seiner Geometrie bzw. seiner Außenkontur an Beaufschlagungen des ersten Einsatzelements mit hohen Temperaturen während des Betriebs des Abgasturboladers entsprechend angepasst, so dass sich das erste Einsatzelement nicht oder nur sehr geringfügig verformt. Die Gefahr eines Verklemmens und/oder einer anderweitigen Fehlfunktion der relativ zu den Einsatzelementen bewegbaren Leitschaufeln ist somit vermieden oder sehr gering gehalten. Funktionsspalte zwischen den Leitschaufeln und den Einsatzelementen können sehr gering gehalten werden, so dass das den
Strömungskanal durchströmende Abgas nicht oder in nur sehr geringen Mengen an den Leitschaufeln vorbeiströmen und ein Turbinenrad einer Turbine des Abgasturboladers ungerichtet anströmen kann.
Mit anderen Worten kann zumindest im Wesentlichen das gesamte, den Strömungskanal durchströmende Abgas mittels der Leitschaufeln strömungsgünstig abgeleitet bzw.
umgelenkt werden und dadurch das Turbinenrad in einem strömungsgünstigen
Anströmwinkel anströmen. Dies führt zu einem effizienten und damit
wirkungsgradgünstigen Betrieb des Abgasturboladers. Mittels des Abgasturboladers lässt sich eine insbesondere als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildete
Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens effizient aufladen, woraus ein geringer Kraftstoffverbrauch und damit geringe C02-Emissionen resultieren.
Die Ausnehmung weist dabei einen Grund auf, welcher gegenüber einer ersten
Oberfläche eines ersten Wandungsteils, an welchen sich die Ausnehmung anschließt, und gegenüber einer zweiten Oberfläche eines sich an die Ausnehmung anschließenden zweiten Wandungsteils des ersten Einsatzelements von dem Gehäuseteil weg
zurückversetzt ist. Mit anderen Worten ist die Ausnehmung zu wenigstens drei Seiten hin begrenzt. Die Ausnehmung kann beispielsweise als Nut ausgebildet sein, deren Ecken abgerundet sein können.
Mittels der Nut ist die Wanddicke des ersten Einsatzelements im ersten
Wandungsbereich und/oder im Eckbereich lokal reduziert, woraus eine relativ hohe Flexibilität des ersten Einsatzelements resultiert, insbesondere im Vergleich zum ersten Einsatzelement ohne die Ausnehmung. Dadurch können Verformungen des ersten Einsatzelements während des Betriebs des Abgasturboladers zumindest gering gehalten werden.
Vorzugsweise weist das erste Einsatzelement die wenigstens eine Ausnehmung im ersten Wandungsbereich sowie wenigstens eine zweite Ausnehmung im Eckbereich auf. Dies führt zu einer besonders geringen Verformung des ersten Einsatzelements, was der Funktionserfüllungssicherheit sowie dem effizienten Betrieb des erfindungsgemäßen Abgasturboladers zugute kommt.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist in der Ausnehmung ein einerseits am Gehäuseteil und andererseits am ersten Einsatzelement abgestütztes Dichtungselement angeordnet, mittels welchem das erste Einsatzelement gegen das Gehäuseteil abgedichtet ist.
Dadurch ist eine hohe Funktionsintegration realisiert, bei welche die Ausnehmung nicht nur zur Darstellung des vorteilhaften Verformungsverhaltens des ersten Einsatzelements sondern auch zur Aufnahme und Sicherung des Dichtungselements dient. Dies hält die Kosten des erfindungsgemäßen Abgasturboladers in einem geringen Rahmen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuseteil ein
Turbinengehäuse der Turbine des Abgasturboladers. Insbesondere das Turbinengehäuse wird während des Betriebs des Abgasturboladers mit sehr hohen Temperaturen beaufschlagt, da es von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmt wird. Da das erste Einsatzelement in besonders enger Nähe zum Turbinengehäuse angeordnet ist, ist die Gefahr einer sehr hohen Temperaturbeaufschlagung des ersten Einsatzelements von dem Turbinengehäuse relativ hoch, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind. Trotz dieser engen Nähe zum Turbinengehäuse hält die wenigstens eine Ausnehmung thermisch bedingte Verformungen des ersten Einsatzelements zumindest gering.
Der Abgasturbolader kann auch ein mit dem Turbinengehäuse verbundenes
Lagergehäuse umfassen, an bzw. in welchem zumindest bereichsweise ein Rotor des Abgasturboladers gelagert ist. Der Rotor umfasst das Turbinenrad und eine Welle, mit welcher das Turbinenrad drehfest verbunden ist.
Der Abgasturbolader kann ferner einen Verdichter mit einem Verdichtergehäuse umfassen, in welchem zumindest teilweise ein Verdichterrad angeordnet ist. Auch das Verdichterrad ist dem Rotor zugeordnet und drehfest mit der Welle verbunden. Der Rotor ist dabei um eine Drehachse relativ zu dem Lagergehäuse, relativ zu dem Verdichtergehäuse und relativ zu dem Turbinengehäuse drehbar. Infolge der drehfesten Verbindungen kann das Verdichterrad über das Turbinenrad angetrieben werden und der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft verdichten.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuseteil teilweise in der Ausnehmung aufgenommen. Dadurch kann eine vorteilhafte Abdichtung zwischen dem ersten Einsatzelement und dem Gehäuseteil realisiert werden.
Vorzugsweise ist die Leiteinrichtung ausschließlich über eines der Einsatzelemente, insbesondere ausschließlich über das zweite Einsatzelement, an einem Gehäuseteil, insbesondere an dem Lagergehäuse, des Abgasturboladers befestigt. Diese Befestigung der Leiteinrichtung ermöglicht die Realisierung einer nur relativ geringen
Temperaturbeaufschlagung der Leiteinrichtung infolge eines Wärmeübergangs von dem Gehäuseteil bzw. den Gehäuseteilen des Abgasturboladers auf die Leiteinrichtung, so dass thermisch bedingte Deformationen der gesamten Leiteinrichtung gering gehalten werden können. Dies ermöglicht die Realisierung nur geringer Funktionsspalte zwischen den Leitschaufeln und den Einsatzelementen, woraus ein besonders effizienter Betrieb des Abgasturboladers resultiert.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Einsatzelemente mittels wenigstens eines Verbindungselements miteinander verbunden sind. Das Verbindungselement kann separat von den Einsatzelementen ausgebildet sein, wodurch eine einfache Montage der Leiteinrichtung ermöglicht ist. Über das Verbindungselement ist dasjenige der
Einsatzelemente, welches nicht an einem Gehäuseteil des Abgasturboladers befestigt ist, an demjenigen der Einsatzelemente, welches an einem Gehäuseteil des
Abgasturboladers befestigt ist, gehalten. Somit kann die Leiteinrichtung relativ zu dem Gehäuseteil bzw. dem Gehäuseteil des Abgasturboladers lagergesichert und präzise ausgerichtet sein.
In weiterer, besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist das erste Einsatzelement von dem Gehäuseteil beabstandet. Wärmeübergänge von dem Gehäuseteil auf das erste
Einsatzelement können so besonders gering gehalten werden, so dass es nur zu sehr geringen, thermisch bedingten Verformungen des ersten Einsatzelements kommt.
Vorzugsweise ist die gesamte Leiteinrichtung von dem Gehäuseteil, insbesondere von allen Gehäuseteilen, des Abgasturboladers beabstandet. Daraus resultiert eine relativ homogene Temperaturverteilung in der Leiteinrichtung infolge eines nur sehr geringen Wärmeübergangs von dem Gehäuseteil bzw. den Gehäuseteilen auf die Leiteinrichtung, was die thermisch bedingte Verformung der Leiteinrichtung sehr gering hält. Dadurch lassen sich nur sehr geringe Funktionsspalte realisieren, was mit einem besonders effizienten und wirkungsgradgünstigen Betrieb des Abgasturboladers einhergeht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer Turbine eines Abgasturboladers, mit einem Turbinengehäuse, in welchem eine Leiteinrichtung zum Ableiten von das Turbinengehäuse durchströmendem Abgas angeordnet ist; und
Fig. 2 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren
Ausführungsform der Turbine gemäß Fig. 1.
Die Fig. 1 zeigt eine Turbine 10 eines Abgasturboladers für eine beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine. Die Turbine 10 umfasst ein Turbinengehäuse 12, welches wenigstens einen Zuführkanal 14 aufweist. Das Turbinengehäuse 12 weist ferner einen Aufnahmeraum auf, in welchem ein Turbinenrad der Turbine 10 um eine Drehachse relativ zum Turbinengehäuse 12 drehbar zumindest teilweise aufgenommen ist.
Der Abgasturbolader umfasst ferner ein in der Fig. 1 nicht gezeigtes Lagergehäuse, welches sich in axialer Richtung des Abgasturboladers an das Turbinengehäuse 12 anschließt und mit dem Turbinengehäuse 12 verbunden ist. An dem Lagergehäuse ist ein Rotor des Abgasturboladers um die Drehachse relativ zu dem Lagergehäuse drehbar gelagert. Der Rotor umfasst eine Welle, mit welcher das Turbinenrad drehfest verbunden ist.
Darüber hinaus umfasst der Abgasturbolader einen Verdichter mit einem
Verdichtergehäuse, welches sich in axialer Richtung des Abgasturboladers an das Lagergehäuse anschließt und mit diesem verbunden ist. Das Verdichtergehäuse weist einen weiteren Aufnahmeraum auf, in welchem ein Verdichterrad des Verdichters um die Drehachse relativ zu dem Verdichtergehäuse drehbar zumindest teilweise aufgenommen ist. Das Verdichterrad ist ebenso dem Rotor zugeordnet und drehfest mit der Welle verbunden. Über die drehfesten Verbindungen kann das Verdichterrad vom Turbinenrad angetrieben werden und der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft verdichten. Dadurch ist die Verbrennungskraftmaschine mit verdichteter Luft versorgbar und effizient antreibbar, woraus nur geringe Kraftstoffverbräuche und damit geringe C02-Emissionen resultieren.
Der Abgasturbolader umfasst auch eine Leiteinrichtung 16, welche in dem
Turbinengehäuse 12 aufgenommen ist. Die Leiteinrichtung 16 umfasst ein erstes
Leitelement, welches als Abdeckelement 18 bezeichnet wird. Die Leiteinrichtung 16 umfasst ferner ein zweites Einsatzelement, welches als Trägerelement 20 bezeichnet wird. Das Abdeckelement 18 und das Trägerelement 20 sind - wie der Fig. 1 zu entnehmen ist - in axialer Richtung der Turbine 10 und damit des Abgasturboladers unter Ausbildung eines Strömungskanals 22 zwischen dem Abdeckelement 18 und dem Trägerelement 20 voneinander beabstandet. Mit anderen Worten begrenzen das
Abdeckelement 18 und das Trägerelement 20 den Strömungskanal 22 in axialer
Richtung.
Das Abdeckelement 18 wird auch als Gegenkonturelement oder Konturelement bezeichnet, da es zumindest bereichsweise eine Gegenkontur aufweist, welche zumindest im Wesentlichen mit einer Außenkontur des Turbinenrads korrespondiert.
Der Zuführkanal 14 erstreckt sich beispielsweise in Umfangsrichtung des Turbinenrads über dessen Umfang zumindest im Wesentlichen spiralförmig und ist mit wenigstens einem Brennraum, insbesondere einem Zylinder, der Verbrennungskraftmaschine fluidisch verbunden. Dadurch kann Abgas der Verbrennungskraftmaschine aus dem Brennraum in den Zuführkanal 14 überströmen. Der Zuführkanal 14 ist fluidisch mit dem Strömungskanal 22 verbunden, so dass das Abgas von dem Zuführkanal 14 in den Strömungskanal 22 strömen kann. Der
Strömungskanal 22 mündet in den Aufnahmeraum für das Turbinenrad, so dass das den Strömungskanal 22 durchströmende Abgas das Turbinenrad anströmen und dadurch antreiben kann.
Die Leiteinrichtung 16 umfasst auch zumindest teilweise in dem Strömungskanal 22 angeordnete und in der Fig. 1 nicht dargestellte Leitschaufeln, welche in Umfangsrichtung des Turbinenrads über dessen Umfang verteilt angeordnet sind. Die Leitschaufeln dienen zum Ableiten bzw. Umlenken des den Strömungskanal 22 durchströmenden Abgases, so dass das Abgas das Turbinenrad in wenigstens einem strömungsgünstigen
Strömungswinkel anströmt. Dadurch wird das Turbinenrad effizient von dem Abgas angetrieben.
Die Leitschaufeln sind dabei ausschließlich an dem Trägerelement 20 relativ zum
Abdeckelement 18 und relativ zum Trägerelement 20 um jeweilige Drehachsen drehbar gelagert. Durch Verdrehen der Leitschaufeln relativ zu dem Abdeckelement 18 und relativ zu dem Trägerelement 20 kann die Turbine 10 an unterschiedliche Abgasmassenströme angepasst werden. Dadurch kann die Turbine 10 sowohl bei geringen
Abgasmassenströmen wie auch bei demgegenüber höheren Abgasmassenströmen effizient angetrieben werden. Die relativ zu dem Abdeckelement 18 und relativ zu dem Trägerelement 20 bewegbaren bzw. drehbaren Leitschaufeln bilden somit eine variable Turbinengeometrie der Turbine 10, so dass diese bedarfsgerecht an unterschiedliche Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine angepasst werden kann.
Während des Betriebs des Abgasturboladers, bei welchem heißes Abgas durch das Turbinengehäuse 12 strömt, kommt es zur Beaufschlagung der Leiteinrichtung 16 und insbesondere des Abdeckelements 18 infolge dessen relativ naher Anordnung am Turbinengehäuse 12 mit hohen Temperaturen. Daraus resultieren thermisch bedingte Verformungen insbesondere des Abdeckelements 18. Um nun ein Verklemmen und/oder eine anderweitige Fehlfunktion der Leitschaufeln zu vermeiden, sind jeweilige
Funktionsspalte zwischen den Leitschaufeln und dem Abdeckelement 18 und zwischen den Leitschaufeln und dem Trägerelement 20 vorgesehen.
Zur Darstellung nur sehr geringer, thermisch bedingter Verformungen der Leiteinrichtung 16, so dass die Funktionsspalte besonders gering gehalten werden können, weist das Abdeckelement 18 eine erste Ausnehmung 24 sowie eine zweite Ausnehmung 26 auf einer dem Turbinengehäuse 12 zugewandten und dem Strömungskanal 22 abgewandten Seite 27 des Abdeckelements 18 auf.
Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, ist die erste Ausnehmung 24 in einem Eckbereich 28 des Abdeckelements 18 angeordnet. Der vorliegend abgerundete Eckbereich 28 ist dabei durch einen sich zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckenden, ersten Wandungsbereich 30 und einen sich daran anschließenden, sich zumindest im
Wesentlichen in axialer Richtung erstreckenden, zweiten Wandungsbereich 32 des Abdeckelements 18 gebildet. Die zweite Ausnehmung 26 ist im ersten Wandungsbereich 30 angeordnet. Die Ausnehmungen 24, 26 sind zumindest im Wesentlichen nutenförmig bzw. nutenartig ausgebildet und jeweilig auf drei Seiten begrenzt. Die erste Ausnehmung 24 weist einen ersten Grund 34 auf, welcher gegenüber einer ersten Oberfläche 36 eines ersten Wandungsteils 38, an welchen sich die erste Ausnehmung 24 anschließt, sowie gegenüber einer zweiten Oberfläche 40 eines sich an die erste Ausnehmung 24 anschließenden, zweiten Wandungsteils 42 des Abdeckelements 18 von dem
Turbinengehäuse 2 weg zurückversetzt ist. Analog dazu ist ein zweiter Grund 44 der zweiten Ausnehmung 26 gegenüber der zweiten Oberfläche 40 des zweiten
Wandungsteils 42, an welchen sich die zweite Ausnehmung 26 anschließt, und gegenüber einer dritten Oberfläche 46 eines sich an die zweite Ausnehmung 26 anschließenden, dritten Wandungsteils 48 des Abdeckelements 18 von dem
Turbinengehäuse 12 weg zurückversetzt. Mittels der Ausnehmungen 24, 26 ist somit die Wanddicke des Abdeckelements 18 im Vergleich zu den sich an die Ausnehmungen 24, 26 jeweils anschließenden Wandungsteilen 38, 42, 48 reduziert.
Auf einer der Seite 27 abgewandten, weiteren Seite 50, auf welcher das Abdeckelement 18 den Strömungskanal 22 zumindest teilweise begrenzt, ist das Abdeckelement 18 zumindest im Wesentlichen eben ausgebildet, d.h. das Abdeckelement 18 weist auf der weiteren Seite 50 keine Ausnehmung auf. Dies realisiert eine strömungsgünstige Führung des den Strömungskanal 22 durchströmenden Abgases.
Wie der Fig. 1 ferner zu entnehmen ist, ist das Abdeckelement 18 vollständig von dem Turbinengehäuse 12 beabstandet. Das bedeutet, dass das Abdeckelement 18 das Turbinengehäuse 12 nicht berührt. Um ein Durchströmen des Abgases stromauf des Turbinenrads zwischen dem Turbinengehäuse 12 und dem Abdeckelement 18 zu vermeiden, ist ein Dichtungselement 52 in Form einer V-Dichtung vorgesehen. Das Dichtungselement 52 könnte auch ebenso in Form einer U-Dichtung ausgebildet sein. Das Dichtungselement 52 ist einerseits am Turbinengehäuse 12 und andererseits am Abdeckelement 18 abgestützt.
Das Turbinengehäuse 12 ragt teilweise in die zweite Ausnehmung 26 hinein. Dabei ist das Dichtungselement 52 zumindest teilweise an dem in die zweite Ausnehmung 26 hineinragenden Teil des Turbinengehäuses 12 abgestützt.
Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Turbine 10 gemäß Fig. 1. Anhand der Fig. 2 ist die Befestigung der Leiteinrichtung 16 am Turbinengehäuse 12 erläutert. Die Befestigung der Leiteinrichtung 16 am Turbinengehäuse 2 erfolgt vorzugsweise ausschließlich über das Trägerelement 20, welches am Turbinengehäuse 12 befestigt ist. Dies bedeutet, dass das Abdeckelement 18 nicht am Turbinengehäuse 12 und nicht am Lagergehäuse und nicht am Verdichtergehäuse befestigt ist. Das Trägerelement 20 ist dabei am Turbinengehäuse 12, jedoch nicht am Lagergehäuse und nicht am
Verdichtergehäuse befestigt. Das Abdeckelement 18 ist über wenigstens ein
Verbindungselement 54, welches vorliegend ein Bolzen ist, am Trägerelement 20 gehalten. Die Befestigung und die Lagesicherung des Abdeckelements 18 relativ zum Turbinengehäuse 12 bzw. zu allen Gehäuseteilen des Abgasturboladers erfolgt somit über das Trägerelement 20, welches infolge seiner Befestigung am Turbinengehäuse 12 relativ zu allen Gehäuseteilen des Abgasturboladers lagegesichert ist.

Claims

Neue Patentansprüche
1. Abgasturbolader mit wenigstens einem Gehäuseteil (12), an welchem zumindest teilweise eine vom Gehäuseteil (12) separat ausgebildete Leiteinrichtung ( 6) angeordnet ist, die zwei Einsatzelemente (18, 20) umfasst, welche unter Ausbildung eines Strömungskanals (22) zwischen den Einsatzelementen (18, 20) in axialer Richtung voneinander beabstandet sind, wobei an wenigstens einem der Einsatzelemente (18, 20) Leitschaufeln der Leiteinrichtung (16), mittels welchen den Strömungskanal (22) durchströmendes Abgas ableitbar ist, relativ zu den Einsatzelementen (18, 20) bewegbar gelagert sind und wobei wenigstens ein erstes der Einsatzelemente (18) wenigstens einen sich zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckenden, ersten Wandungsbereich (30) und wenigstens einen sich daran anschließenden, sich zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckenden, zweiten Wandungsbereich (32) aufweist, welche einen Eckbereich (28) des ersten Einsatzelements (18) bilden,
dadurch gekennzeichnet, dass
im ersten Wandungsbereich (30) und im Eckbereich (28) auf einer dem Gehäuseteil (12) zugewandten Seite (27) wenigstens jeweils eine erste Ausnehmung (24) bzw. eine zweite Ausnehmung (26) vorgesehen ist.
2. Abgasturbolader nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der ersten Ausnehmung (24) und/oder der zweiten Ausnehmung (26) ein einerseits am Gehäuseteil (12) und andererseits am ersten Einsatzelement (18) abgestütztes Dichtungselement (52) angeordnet ist, mittels welchem das erste Einsatzelement (18) gegen das Gehäuseteil (12) abgedichtet ist.
3. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (12) ein Turbinengehäuse (12) einer Turbine (10) des Abgasturboladers ist.
4. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitschaufeln lediglich am zweiten Einsatzelement (20) gelagert sind.
5. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuseteil (12) teilweise in der Ausnehmung (24, 26) aufgenommen ist.
6. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leiteinrichtung (16) ausschließlich über eines der Einsatzelemente (18, 20), insbesondere ausschließlich über das zweite Einsatzelement (20), an einem Gehäuseteil (12), insbesondere einem Lagergehäuse, des Abgasturboladers befestigt ist.
7. Abgasturbolader nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Einsatzelemente (18, 20) mittels wenigstens eines Verbindungselements (54) miteinander verbunden sind.
8. Abgasturbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Einsatzelement (18) von dem Gehäuseteil (12) beabstandet ist.
9. Abgasturbolader nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leiteinrichtung (16) von dem Gehäuseteil (12), insbesondere von allen Gehäuseteilen, des Abgasturboladers beabstandet ist.
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