WO2004113686A1

WO2004113686A1 - Turbinengehäuse für einen abgasturbolader

Info

Publication number: WO2004113686A1
Application number: PCT/EP2004/006363
Authority: WO
Inventors: Hans-Georg Lehmann; Volker Siedle
Original assignee: Daimlerchrysler Ag
Priority date: 2003-06-24
Filing date: 2004-06-12
Publication date: 2004-12-29
Also published as: DE10328167A1

Abstract

Die Erfindung geht von einem Turbinengehäuse (10) für einen Abgasturbolader, dessen zweiflutiger, spiralförmiger Einlasskanal ein Laufrad umgibt und das eine Konturhülse (14) aufweist, die mit einem Konturabschnitt (15) mit Spiel eine seitliche Gehäusebegrenzung des Laufrads bildet und einen koaxial zu einer Rotationsachse des Laufrads verlaufenden Auslass (18) für Abgase besitzt, wobei radial zwischen der Konturhülse und der zweiten Flut (12) des Einlasskanals ein axialer Regelschieber (17) angeordnet ist, der in einer ersten Stellung die zweite Flut (12) schliesst, in einer zweiten Stellung die zweite Flut (12) öffnet und in einer dritten Stellung einen Bypass öffnet. Es wird vorgeschlagen, dass die Konturhülse (14) mindestens einen Abblasekanal (10) (16) aufweist, der den Bereich der zweiten Flut (12) mit dem Auslass in Strömungsrichtung hinter dem Konturabschnitt (15) verbindet und vom Regelschieber (17) gesteuert wird.

Description

Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader

Die Erfindung betrifft ein Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 199 24 228 AI ist ein Abgasturbolader mit einer Abgasturbine bekannt, deren Turbinengehäuse einen spiralförmigen Einlasskanal mit einer ersten und zweiten Flut besitzt: Der Einlasskanal umgibt ein Laufrad, das um eine Rotationsachse drehbar in dem Turbinengehäuse gelagert ist und dessen Laufschaufeln seitlich von einer Konturhülse mit Spiel begrenzt werden. Die Konturhülse besitzt einen Auslass für die Abgase, der koaxial zu Rotationsachse verläuft. Radial zwischen der Konturhülse und dem Einlasskanal ist koaxial zur Rotationsachse ein Regelschieber vorgesehen, der die zweite Flut steuert .

In einer ersten Position verschließt der Regelschieber mit einem vorderen Ende die zweite Flut, während in einer zweiten Position die zweite Flut geöffnet ist. Der Regelschieber besitzt an seinem Umfang eine Ringnut, die in einer dritten Position den Durchfluss zu einem Bypass freigibt, indem sie eine radiale Dichtung überbrückt . Der Bypass führt über einen Gehäuseteil nach außen, in dem ein Verstellmachnismus für den Regelschieber untergebracht ist, der somit von den heißen Abgasen beaufschlagt wird, was zu Störungen und Verschleiß führen kann. Ferner wirken auf die Stirnseiten des Regelschiebers unterschiedliche Drücke vom Turbineneinlass und Turbinenaus1ass . Infolge der Druckdifferenz erhöhen sich somit die erforderlichen Stellkräfte für den Regelschieber. Außerdem sind zwischen dem Regelschieber und dem Turbinengehäuse zu beiden Seiten der Ringnut Dichtflächen erforderlich. Diese erhöhen den Fertigungsaufwand und bedingen zusammen mit der Ringnut einen großen axialen Stellweg, wodurch sich das Ansprechverhalten des Regelschiebers verschlechtert .

Nach einer weiteren Ausführung dient der Regelschieber selbst als Konturhülse. Hierbei öffnet der Regelschieber in einer dritten Position einen Bypass zwischen seiner Stirnseite und dem Laufrad, so dass Abgase von der zweiten Flut am Laufrad vorbei zum Auslass gelangen. Da sich hierbei die seitliche Begrenzung des Laufrads verändert wird die Durchströmung durch das Laufrad gestört, wenn der Bypass geöffnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Regelung der Abgasströmung im Turbinengehäuse zu vereinfachen und zu verbessern. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach der Erfindung weist die Konturhülse mindestens einen Abblasekanal auf, der den Bereich der zweiten Flut mit dem Auslass in Strömungsrichtung hinter dem Konturabschnitt verbindet und vom Regelschieber gesteuert wird. Da der Gehäuseteil, in dem ein Verstellmechanismus für den Regelschieber untergebracht ist, vom Abgas nicht mehr durchströmt wird, können auf die Stirnflächen des Regelschiebers gleiche Drücke wirken, so dass sich kleine Stellkräfte ergeben. Ferner sind zwischen dem Turbinengehäuse und dem Regelschieber keine aufwändigen Dichtungen vorzusehen. Dadurch wird im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine, für die der Turbolader gedacht ist, das Drehmoment deutlich angehoben und das Insta- tionärverhalten verbessert. Außerdem kann die Gesamtkonstruktion deutlich vereinfacht und verkürzt werden, da eine Ringnut mit den zugehörigen Dichtungen am Umfang des Regelschiebers entfällt. Ferner kann der Abstand zwischen der Öffnung des Abblasekanals und dem turbi- nenseitigen Ende der Konturhülse verringert werden, ohne die Dichtheit im geschlossenen Zustand nennenswert zu gefährden. Hiermit wird ein ungünstiger Totweg zwischen dem vollständigen Öffnen der zweiten Turbinenflut und dem Beginn des Anblasens verringert bzw. vermieden. Ein solcher Totweg verursacht trotz einer Veränderung der Regelschieberstellung in diesem Bereich keine Veränderung des AufStauverhaltens der Turbine, womit eine schnelle und harmonische Ladedruckregelung erschwert oder gar unmöglich wird.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Konturhülse über den Umfang verteilt mehrere Abblasekanäle auf. Durch die deutliche Vergrößerung der Abblasekanäle gegenüber dem Stand der Technik kann der Grundladedruck bei geöffneter Stellung des Regelschiebers drastisch reduziert werden, was zu Verbrauchsvorteilen im Teillastbereich der Brennkraftmaschine genutzt werden kann.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 einen halben schematischen Längsschnitt durch ein

Turbinengehäuse mit einem Regelschieber in geschlossener Stellung und Fig. 2 einen Längsschnitt entsprechend Fig. 1 mit einem Regelschieber in geöffneter Stellung.

Ein Turbinengehäuse 10 besitzt einen Einlasskanal mit einer ersten Flut 11 und einer zweiten Flut 12. Der Einlasskanal 11, 12 umgibt ein nicht dargestelltes Laufrad, dass um eine Rotationsachse 13 drehbar gelagert ist. Koaxial zur Drehachse

13 ist eine Konturhülse 14 vorgesehen, die mit einem Konturabschnitt 15 mit Spiel eine seitliche Begrenzung des Laufrads bildet. An dem dem^' Konturabschnitt 15 abgewandten Ende besitzt die Konturhülse 14 einen Auslass 18 für die Abgase.

Radial zwischen der Konturhülse 14 und dem Turbinengehäuse 10 ist ein axialer Regelschieber 17 angeordnet, der in einer ersten Stellung (Fig. 1) die zweite Flut 12 schließt und in einer zweiten Stellung öffnet. Wird der Regelschieber 17 darüber hinaus in eine dritte Stellung (Fig. 2) verschoben, öffnet er einen Abblasekanal 16 in der Konturhülse 14, der den Bereich der zweiten Flut 12 mit dem Auslass 18 verbindet. Der Abblasekanal 16 kann sich in Umfangsrichtung der Konturhülse

14 über einen größeren Winkelbereich erstrecken. Ferner können mehrere, über den Umfang verteilte Abblasekanäle 16 vorgesehen werden. Der Abstand 21 zwischen der Öffnung des Abblasekanals 16 und dem Ende der Konturhülse 14 kann sehr klein gewählt werden, ohne die Dichtfunktion in der geschlossenen ersten Stellung des Regelschiebers 17 zu beeinträchtigen. Durch einen kurzen Abstand 21 ist es möglich, den Totweg zwischen der zweiten geöffneten Stellung der zweiten Flut 12 und der dritten Stellung, in der der Abblasekanal 16 geöffnet ist, zu verringern bzw. zu vermeiden. Somit ist es möglich, eine kontinuierliche und verzögerungsfreie Ladedruckregelung darzustellen.

Der Regelschieber 17 wird von einem Verstellmechanismus mit einer Verstellgabel 19 betätigt, die auf einer Schwenkachse 20 schwenkbar gelagert ist. Der Verstellmechanismus wird von einer nicht dargestellten Steuereinheit in Abhängigkeit der relevanten Betriebs- und Umgebungsparameter der Brennkraftmaschine und des Turboladers angesteuert .

Claims

Patentansprüche

1. Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader, dessen zwei- flutiger, spiralförmiger Einlasskanal ein Laufrad umgibt und das eine Konturhülse aufweist, die mit einem Konturabschnitt mit Spiel eine seitliche Gehäusebegrenzung des Laufrads bildet und einen koaxial zu einer Rotationsachse des Laufrads verlaufenden Auslass für Abgase besitzt, wobei radial zwischen der Konturhülse und der zweiten Flut des Einlasskanals ein axialer Regelschieber angeordnet ist, der in einer ersten Stellung die zweite Flut schließt, in einer zweiten Stellung die zweite Flut öffnet und in einer dritten Stellung einen Bypass öffnet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Konturhülse (14) mindestens einen Abblasekanal (16) aufweist, der den Bereich der zweiten Flut (12) mit dem Auslass (18) in Strömungsrichtung hinter dem Konturabschnitt (15) verbindet und vom Regelschieber (17) gesteuert wird.

2. Turbinengehäuse nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Konturhülse (14) über den Umfang verteilt mehrere Abblasekanäle (16) aufweist.