WO2018099591A1 - Abgasführungsabschnitt für einen abgasturbolader und abgasturbolader - Google Patents

Abgasführungsabschnitt für einen abgasturbolader und abgasturbolader Download PDF

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WO2018099591A1
WO2018099591A1 PCT/EP2017/001346 EP2017001346W WO2018099591A1 WO 2018099591 A1 WO2018099591 A1 WO 2018099591A1 EP 2017001346 W EP2017001346 W EP 2017001346W WO 2018099591 A1 WO2018099591 A1 WO 2018099591A1
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WO
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exhaust gas
spiral
spiral channel
guide section
wheel
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Application number
PCT/EP2017/001346
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jason WALKINGSHAW
Manfred GUTHÖRLE
Tobias Scheuermann
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.)
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Publication date
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Publication of WO2018099591A1 publication Critical patent/WO2018099591A1/de

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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
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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 guide section for an exhaust gas turbocharger of the type specified in the preamble of patent claim 1 and to an exhaust gas turbocharger according to patent claim 7.
  • Exhaust gas duct sections for exhaust gas turbochargers having two axially adjacent spiral channels, via the one in a wheel chamber of the
  • Exhaust gas guide portion rotatably arranged turbine exhaust gas can be supplied, are known. Also known are exhaust gas guide sections which have at least two spiral channels arranged serially over a circumference of the wheel chamber. In this embodiment of the exhaust gas guide section, the turbine wheel is only partially flowed over its circumference via a spiral channel. The problem of this
  • Spiral arrangement is, however, that in particular in a turbine wheel designed as a so-called mixed-flow wheel, an overflow from one spiral channel into the other can take place, resulting in a low efficiency of the exhaust gas turbocharger.
  • the invention is based on the object to provide an improved exhaust gas guide section for an exhaust gas turbocharger. Furthermore, the invention is based on the object to provide an exhaust gas turbocharger, which is characterized by a high
  • the exhaust gas guide section is provided for an exhaust gas turbocharger.
  • the exhaust gas guide section is designed to flow through and has a wheel chamber for rotatably receiving a turbine wheel associated with the exhaust gas turbocharger with a plurality of impeller blades. Furthermore it includes a first spiral channel and a second spiral channel, wherein the first spiral channel and the second spiral channel are formed into the wheel chamber for partially overflowing exhaust gas of an internal combustion engine connected to the exhaust gas turbocharger.
  • the first spiral channel has a first spiral tongue and the second spiral channel has a second spiral tongue, wherein the spiral tongues are arranged serially in the circumferential direction. According to the invention, to reduce an overflow of exhaust gas from the first to the second spiral channel and vice versa to the first
  • the advantage of the separating element is the fact that the two spiral channels are delimited at their spiral tongue in each case against each other, so that no overflow can take place from one spiral channel in the other. As a result, an improved separation of the respective spiral channels associated exhaust gas flows is formed. This is necessary because each spiral channel certain cylinder of the internal combustion engine for
  • a further assignment of the spiral channels to the cylinders can also take place as a function of an exhaust pipe length between the respective exhaust valves and the turbine wheel, since a wave transit time of the exhaust gas flow is a function of the exhaust pipe length.
  • a second aspect of the invention relates to an exhaust-gas turbocharger, comprising a flow-through exhaust-gas guide section, a throughflowable air-guiding section and a bearing section arranged between the exhaust-gas guide section and the air-guiding section for supporting a running gear of the exhaust-gas turbocharger.
  • the running gear has an exhaust gas from an internal combustion engine acted upon Turbine and a by means of a shaft with the turbine wheel rotatably connected compressor wheel for the intake of fresh air.
  • the exhaust gas guide section according to the invention leads to a reduction of an overflow of exhaust gas from the spiral duct acted on in accordance with a firing order of the internal combustion engine into the unstressed spiral duct, with the immediate consequence of an increase in the efficiency of the exhaust gas turbocharger.
  • the thus efficient operation of the exhaust gas turbocharger, through the flow loss-reduced design of the exhaust gas guide portion further causes a reduction of fuel consumption and consequently a reduction of C02 emissions and other combustion engine specific emissions of an associated with the exhaust gas turbocharger internal combustion engine.
  • Fig. 1 in a longitudinal section a section of an exhaust gas turbocharger gem. the prior art
  • Fig. 5 in a perspective top view from the direction VV the exhaust gas turbocharger gem. 3
  • Fig. 6 in a perspective top view from the viewing direction Vl-Vl according to the exhaust gas guide section.
  • Fig. 2 and
  • FIG. 1 exhaust guide portion 1 An illustrated in Fig. 1 exhaust guide portion 1 according to the prior art is provided for an exhaust gas turbocharger 2, which is arranged in an exhaust system of an unspecified internal combustion engine, wherein it is in the
  • the exhaust gas turbocharger 2 further comprises a non-illustrated through-flow air guide portion and a bearing portion 3, wherein the air guide portion in a non-illustrated intake of the internal combustion engine
  • the exhaust gas turbocharger 2 comprises a power tool 4, which has a not-shown compressor wheel for sucking and compressing combustion air, a turbine wheel 5 for expansion of exhaust gas and a compressor wheel with the turbine 5 rotatably connecting shaft 6.
  • the shaft 6 is rotatably mounted in the bearing portion 3 of the exhaust gas turbocharger 2, which between the air guide portion and the
  • Exhaust guide section 1 is positioned.
  • the exhaust gas guide portion 1 is in the form of a so-called segment turbine, or double-scroll turbine called executed, and has two spiral channels, a first spiral channel 9 and a second spiral channel 10, the provision of a
  • each spiral channel 9, 10 has an inlet channel, not shown in more detail, formed upstream of the spiral channel 9, 10 in the exhaust gas guide section 1.
  • the inlet channel is used to condition the exhaust gas, which causes the turbine wheel 5 to rotate during operation of the internal combustion engine. With the help of the shaft 6, the compressor wheel is also rotated, so that it sucks in combustion air and compressed.
  • the turbine wheel 5 is rotatably received in a wheel chamber 8 of the exhaust gas guide section 1 formed downstream of the inlet channel. Downstream of the wheel chamber 8 has the exhaust gas guide section 1 an outlet channel 7 for the escape of the exhaust gas from the exhaust gas guide section 1.
  • the two spiral channels 9, 10 are each formed for a partially circumferential exhaust gas inlet into the wheel chamber 8. In other words, that means, to
  • each spiral channel 9, 10 only a certain peripheral portion of the wheel chamber 8 is formed through-flow.
  • a first chamber inlet 11 of the first spiral channel 9 is formed opposite a second chamber inlet 12 of the second spiral channel 10, wherein a first
  • Spiral tongue 13 of the first spiral channel 9 of a second spiral tongue 14 of the second spiral channel 10 in the circumferential direction offset by 180 ° to each other is formed.
  • the spiral tongue 13, 14 each indicates a circumferential end of the
  • the first chamber inlet 11 and the second chamber inlet 12 have a first wrapping angle ⁇ 1 or a second one formed over almost 180 ° in each case
  • Wrap angle ß2 and are thus configured symmetrically. Likewise, they could also be asymmetric. Or it could be provided more than two spiral channels and thus more than two chamber entrances. This is particularly dependent on a number of cylinders of the internal combustion engine, because the advantage of
  • Segmented turbine is to be seen in that certain cylinders act independently of each other and according to their firing order certain spiral channels, so that the turbine wheel 5 is preferably continuously applied regularly.
  • the turbine wheel 5 is designed as a so-called mixed-flow wheel.
  • the mixed-flow wheel is characterized in that an incident flow of the turbine wheel 5 has both an axial and a radial component.
  • impeller blades 15 of the turbine wheel 5 in their extension direction along a rotation axis 17 have a non-parallel to the rotation axis 17 of the turbine wheel 5 formed Radeintrittskante 16.
  • an exhaust-gas routing section 1 which is configured to accommodate a conventional radial wheel, a substantially larger free space exists between the turbine wheel 5 and the chamber inlet 11, 12
  • Mass moment of inertia can be done in less time.
  • Spiral tongue 13, 14 a projecting into the wheel chamber 8 separating element 18 is formed.
  • the separating element 18 is adapted to the wheel entry edge 16, such that a minimum gap 19 exists between the separating element 18 and the wheel entry edge 16.
  • the spiral channels 9, 10 can be coupled with at least one of a plurality of exhaust pipes of the exhaust tract of the internal combustion engine, not shown, and can be flowed through independently of one another with exhaust gas.
  • the second spiral channel 10 is configured radially adjacent to the first spiral channel 9, wherein the two spiral channels 9, 10 are separated from each other by a partition wall 20.
  • the second spiral channel 10 Since the second spiral channel 10 is formed radially adjacent to the first spiral channel 9, its Automatum charged the wheel chamber 8 is greater than that of the first spiral channel 9 and has a value of about 360 °. A flow passage of the exhaust gas from the second spiral channel 10 into the wheel chamber 8 or into the turbine wheel 5 is possible only at the second chamber inlet 12 opposite the first spiral channel 9.
  • the total enclosure of the second spiral channel 10 could also be formed only over 180 °, wherein a first inlet channel of the first spiral channel 9 would be made to a second inlet channel of the second spiral channel 10 offset by 180 °.
  • the total enclosure of the second spiral channel 10 could have further values. This can be carried out arbitrarily differently, for example, to optimize the space requirement of the exhaust gas guide section 1 and an inflow characteristic of the turbine wheel 5.
  • the exhaust gas guide section 1 according to the invention is shown in further different views in FIGS. 4 to 7.
  • the separating element 18 is produced in the present embodiment by casting.
  • the separating element 18 can be formed by a machining process.
  • the separating element 18 has an approximately trapezoidal cross-section in its axial extent running along the axis of rotation 17. Its the turbine wheel 5 facing formed first side surface 21 is performed inclined according to the Radeintrittskante 16. A remote from the first side surface 21 formed second
  • third side surface 24 and facing away from this formed fourth side surface 25 are parallel to each other in the present embodiment, s. Fig. 4.
  • the exhaust gas flow facing the formed third side surface 24 is in the direction of the adjacent spiral channel 9; 10 inclined trained.
  • the separating element 18 is formed in the circumferential direction of the turbine wheel 5 inclined position of
  • Radeintrittskante 16 oriented adjusted in its axial orientation. In other words, that means that the two are formed in the direction of the axis of rotation 17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasführungsabschnitt für einen Abgasturbolader, wobei der Abgasführungsabschnitt (1) durchströmbar ausgebildet ist, und wobei eine Radkammer (8) zur drehbaren Aufnahme eines Turbinenrades (5) mit einer Mehrzahl von Laufradschaufeln (15) ausgebildet ist, mit einem ersten Spiralkanal (9) und einem zweiten Spiralkanal (10), wobei der erste Spiralkanal (9) und der zweite Spiralkanal (10) abschnittsweise zur Überströmung in die Radkammer (8) ausgebildet sind, und wobei der erste Spiralkanal (9) eine erste Spiralzunge (13) und der zweite Spiralkanal (10) eine zweite Spiralzunge (14) aufweist, wobei die Spiralzungen (13, 14) in Umfangsrichtung seriell angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist zur Reduzierung eines Überströmens von Abgas aus dem ersten Spiralkanal (9) in den zweiten Spiralkanal (10) und vice versa an der ersten Spiralzunge (13) und an der zweiten Spiralzunge (14) jeweils ein in die Radkammer (8) hineinragendes Trennelement (18) angeordnet. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Abgasführungsabschnitt (1) für einen Abgasturbolader (2).

Description

Abgasführungsabschnitt für einen Abgasturbolader und Abgasturbolader
Die Erfindung betrifft einen Abgasführungsabschnitt für einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie einen Abgasturbolader gemäß Patentanspruch 7.
Abgasführungsabschnitte für Abgasturbolader, die zwei axial benachbart angeordnete Spiralkanäle aufweisen, über die einem in einer Radkammer des
Abgasführungsabschnittes drehbar angeordneten Turbinenrad Abgas zuführbar ist, sind bekannt. Ebenso bekannt sind Abgasführungsabschnitte, die mindestens zwei über einem Umfang der Radkammer seriell angeordnete Spiralkanäle aufweisen. Bei dieser Ausführung des Abgasführungsabschnittes wird über einen Spiralkanal das Turbinenrad nur abschnittsweise über seinem Umfang angeströmt. Das Problem dieser
Spiralanordnung ist jedoch, dass insbesondere bei einem als so genanntes Mixed-Flow- Rad ausgebildeten Turbinenrad ein Überströmen von einem Spiralkanal in den anderen erfolgen kann, wodurch sich ein geringer Wirkungsgrad des Abgasturboladers ergibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten Abgasführungsabschnitt für einen Abgasturbolader anzugeben. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde einen Abgasturbolader anzugeben, welcher sich durch einen hohen
Wirkungsgrad auszeichnet.
Diese Aufgaben werden durch einen Abgasführungsabschnitt für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit
zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Abgasführungsabschnitt ist für einen Abgasturbolader vorgesehen. Der Abgasführungsabschnitt ist durchströmbar ausgebildet und weist eine Radkammer zur drehbaren Aufnahme eines dem Abgasturbolader zugeordneten Turbinenrades mit einer Mehrzahl von Laufradschaufeln auf. Des Weiteren umfasst er einen ersten Spiralkanal und einen zweiten Spiralkanal, wobei der erste Spiralkanal und der zweite Spiralkanal zur abschnittsweisen Überströmung von Abgas einer mit dem Abgasturbolader verbundenen Verbrennungskraftmaschine in die Radkammer ausgebildet sind. Der erste Spiralkanal weist eine erste Spiralzunge und der zweite Spiralkanal weist eine zweite Spiralzunge auf, wobei die Spiralzungen in Umfangsrichtung seriell angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist zur Reduzierung eines Überströmens von Abgas aus dem ersten in den zweiten Spiralkanal und vice versa an der ersten
Spiralzunge und an der zweiten Spiralzunge jeweils ein in die Radkammer
hineinragendes Trennelement angeordnet.
Der Vorteil des Trennelementes ist darin zu sehen, dass die beiden Spiralkanäle an ihrer Spiralzunge jeweils gegeneinander abgegrenzt sind, damit kein Überströmen von einem Spiralkanal in den anderen erfolgen kann. Dadurch ist eine verbesserte Trennung der den jeweiligen Spiralkanälen zugeordneten Abgasströme ausgebildet. Dies ist erforderlich, da jedem Spiralkanal bestimmte Zylinder der Verbrennungskraftmaschine zur
Durchströmung zugeordnet sind. Es ergibt sich ein wesentlich höherer Wirkungsgrad des Abgasturboladers.
Um eine gleichmäßige Beaufschlagung des Turbinenrades zu erlangen ist es
anzustreben, bei bspw. einer 4-Zylinder-Verbrennungungskraftmaschine mit einer Zündfolge von 1-3-4-2 den ersten Spiralkanal mit den Zylindern 1 und 4 durchströmbar zu verbinden und den zweiten Spiralkanal mit den Zylindern 2 und 3 durchströmbar zu verbinden, so dass eine gleichmäßige Stoßaufladung ausgebildet werden kann. Eine weitere Zuordnung der Spiralkanäle zu den Zylindern kann auch in Abhängigkeit einer Abgasrohrlänge zwischen den jeweiligen Auslassventilen und dem Turbinenrad erfolgen, da eine Wellenlaufzeit der Abgasströmung eine Funktion der Abgasrohrlänge darstellt.
Die Unteransprüche stellen weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Abgasführungsabschnitts dar, welche zu einer zusätzlichen Steigerung des
Wirkungsgrades aufgrund einer Reduzierung von Spaltmaßen zwischen dem
Trennelement und dem Turbinenrad führen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Abgasturbolader, aufweisend einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt, einen durchströmbaren Luftführungsabschnitt und einen zwischen dem Abgasführungsabschnitt und dem Luftführungsabschnitt angeordneten Lagerabschnitt zum Lagern eines Laufzeugs des Abgasturboladers. Das Laufzeug weist ein von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine beaufschlagbares Turbinenrad und ein mit Hilfe einer Welle mit dem Turbinenrad drehfest verbundenes Verdichterrad zum Ansaugen von Frischluft auf. Erfindungsgemäß ist der
Abgasführungsabschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet. Der
erfindungsgemäße Abgasführungsabschnitt führt gegenüber dem Stand der Technik zu einer Reduzierung eines Überströmens von Abgas aus dem gemäß einer Zündfolge der Verbrennungskraftmaschine beaufschlagten Spiralkanal in den nicht beaufschlagten Spiralkanal, mit der unmittelbaren Folge einer Steigerung des Wirkungsgrades des Abgasturboladers. Der somit effiziente Betrieb des Abgasturboladers, durch die strömungsverlustreduzierte Ausgestaltung des Abgasführungsabschnitts bewirkt weiterhin eine Reduzierung eines Kraftstoffverbrauchs und demzufolge eine Reduzierung von C02-Emissionen und anderer verbrennungskraftmaschinenspezifischer Emissionen einer in Verbindung mit dem Abgasturbolader stehenden Verbrennungskraftmaschine.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels 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.
Es zeigen:
Fig. 1 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt eines Abgasturboladers gem. dem Stand der Technik,
Fig. 2 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen
Abgasführungsabschnitts,
Fig. 3 in einem Längsschnitt einen weiteren Ausschnitt des Abgasturboladers gem. Fig. 2,
Fig. 4 in einem Querschnitt den Abgasführungsabschnitt gem. Fig. 2,
Fig. 5 in einer perspektivischen Draufsichtdarstellung aus Blickrichtung V-V den Abgasturbolader gem. Fig. 3, Fig. 6 in einer perspektivischen Draufsichtdarstellung aus Blickrichtung Vl-Vl den Abgasführungsabschnitt gem. Fig. 2, und
Fig. 7 in einer perspektivischen Schnittansicht einen Ausschnitt des
Abgasführungsabschnitts gem. Fig. 2 im Bereich eines Trennelementes.
Ein in Fig. 1 dargestellter Abgasführungsabschnitt 1 gemäß dem Stand der Technik ist für einen Abgasturbolader 2 vorgesehen, welcher in einem Abgastrakt einer nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, wobei es sich bei der
Verbrennungskraftmaschine um einen Ottomotor oder einen Dieselmotor handelt. Der Abgasturbolader 2 weist weiterhin einen nicht näher dargestellten durchströmbaren Luftführungsabschnitt und einen Lagerabschnitt 3 auf, wobei der Luftführungsabschnitt in einem nicht näher dargestellten Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine
durchströmbar aufgenommen ist.
Der Abgasturbolader 2 umfasst ein Laufzeug 4, welches ein nicht näher dargestelltes Verdichterrad zum Ansaugen und Verdichten von Verbrennungsluft, ein Turbinenrad 5 zur Expansion von Abgas sowie eine das Verdichterrad mit dem Turbinenrad 5 drehfest verbindende Welle 6 aufweist. Die Welle 6 ist im Lagerabschnitt 3 des Abgasturboladers 2 drehbar gelagert, welcher zwischen dem Luftführungsabschnitt und dem
Abgasführungsabschnitt 1 positioniert ist.
Der Abgasführungsabschnitt 1 ist in Form einer so genannten Segmentturbine, oder auch Double-Scroll-Turbine genannt, ausgeführt und weist zwei Spiralkanäle auf, einen ersten Spiralkanal 9 und einen zweiten Spiralkanal 10, die der Bereitstellung einer
rotationssymmetrischen Strömung dienen.
Zur Einströmung des Abgases in den Abgasführungsabschnitt 1 weist jeder Spiralkanal 9, 10 einen stromauf des Spiralkanals 9, 10 im Abgasführungsabschnitt 1 ausgebildeten nicht näher dargestellten Eintrittskanal auf. Der Eintrittskanal dient einer Konditionierung des Abgases, welches im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine das Turbinenrad 5 in eine rotierende Bewegung versetzt. Mit Hilfe der Welle 6 wird das Verdichterrad ebenfalls in Rotation versetzt, so dass es Verbrennungsluft ansaugt und verdichtet.
Das Turbinenrad 5 ist in einer stromab des Eintrittskanals ausgebildeten Radkammer 8 des Abgasführungsabschnitts 1 drehbar aufgenommen. Stromab der Radkammer 8 weist der Abgasführungsabschnitt 1 einen Austrittskanal 7 zum Entweichen des Abgases aus dem Abgasführungsabschnitt 1 auf.
Die beiden Spiralkanäle 9, 10 sind jeweils für einen teilumfänglichen Abgaseintritt in die Radkammer 8 ausgebildet. Das heißt mit anderen Worten, dass, zur
Wirkungsgradsteigerung der dem Abgasturbolader 2 zugeordneten
Verbrennungskraftmaschine in einem größeren Betriebsbereich, jeder Spiralkanal 9, 10 nur einen bestimmten Umfangsabschnitt der Radkammer 8 durchströmbar ausgebildet ist.
Ein erster Kammereintritt 11 des ersten Spiralkanals 9 ist einem zweiten Kammereintritt 12 des zweiten Spiralkanals 10 gegenüberliegend ausgebildet, wobei eine erste
Spiralzunge 13 des ersten Spiralkanals 9 einer zweiten Spiralzunge 14 des zweiten Spiralkanals 10 in Umfangsrichtung um 180° versetzt zueinander ausgebildet ist. Die Spiralzunge 13, 14 kennzeichnet jeweils ein umfangsbezogenes Ende des
Kammereintritts 11 , 12.
Der erste Kammereintritt 11 und der zweite Kammereintritt 12 weisen einen über jeweils nahezu 180° ausgebildeten ersten Umschlingungswinkel ßl bzw. einen zweiten
Umschlingungswinkel ß2 auf und sind somit symmetrisch ausgestaltet. Ebenso könnten sie auch asymmetrisch ausgeführt sein. Oder es könnten mehr als zwei Spiralkanäle und somit mehr als zwei Kammereintritte vorgesehen sein. Dies ist insbesondere abhängig von einer Zylinderanzahl der Verbrennungskraftmaschine, denn der Vorteil der
Segmentturbine ist darin zu sehen, dass bestimmte Zylinder unabhängig voneinander und gemäß ihrer Zündfolge bestimmte Spiralkanäle beaufschlagen, so dass das Turbinenrad 5 bevorzugt kontinuierlich regelmäßig beaufschlagt wird.
Das Turbinenrad 5 ist als so genanntes Mixed-Flow-Rad ausgeführt. Das Mixed-Flow-Rad zeichnet sich dadurch aus, dass eine Anströmung des Turbinenrades 5 sowohl eine axiale als auch eine radiale Komponente aufweist. Das bedeutet, dass Laufradschaufeln 15 des Turbinenrades 5 in ihrer Erstreckungsrichtung entlang einer Drehachse 17 eine nicht parallel zur Drehachse 17 des Turbinenrades 5 ausgebildete Radeintrittskante 16 aufweisen. Dadurch ist bei einem Abgasführungsabschnitt 1 gemäß dem Stand der Technik, welcher zur Aufnahme eines üblichen Radialrades ausgestaltet ist, zwischen dem Turbinenrad 5 und dem Kammereintritt 11 , 12 ein wesentlich größeres freies
Volumen 26 ausgebildet, wodurch eine Anströmung des Turbinenrades 5 begünstigt wird. Ein weiterer Vorteil des Mixed-Flow-Rades ist in seiner im Vergleich zu einem Radialrad geringeren Masse aufgrund der quasi verkürzten Laufradschaufeln 15 zu sehen, so dass eine Beschleunigung des Turbinenrades 5 durch sein reduziertes
Massenträgheitsmoment in kürzerer Zeit erfolgen kann.
Zur Vermeidung eines Überströmens von Abgas an der ersten Spiralzunge 13 aus dem ersten Spiralkanal 9 in den zweiten Spiralkanal 10 bzw. an der zweiten Spiralzunge 14 aus dem zweiten Spiralkanal 10 in den ersten Spiralkanal 9 ist an der jeweiligen
Spiralzunge 13, 14 ein in die Radkammer 8 hineinragendes Trennelement 18 ausgebildet. Das Trennelement 18 ist der Radeintrittskante 16 angepasst ausgeführt, derart, dass zwischen dem Trennelement 18 und der Radeintrittskante 16 ein Minimalspalt 19 vorliegt.
Die Spiralkanäle 9, 10 sind mit wenigstens einer von mehreren nicht näher dargestellten Abgasleitungen des Abgastrakts der Verbrennungskraftmaschine koppelbar und unabhängig voneinander mit Abgas durchströmbar. Der zweite Spiralkanal 10 ist radial an den ersten Spiralkanal 9 angrenzend ausgestaltet, wobei die beiden Spiralkanäle 9, 10 durch eine Trennwand 20 voneinander getrennt sind.
Da der zweite Spiralkanal 10 radial an den ersten Spiralkanal 9 angrenzend ausgebildet ist, ist seine Gesamtumfassung der Radkammer 8 größer als die des ersten Spiralkanals 9 und weist einen Wert von ca. 360° auf. Ein Strömungsübertritt des Abgases aus dem zweiten Spiralkanal 10 in die Radkammer 8 bzw. in das Turbinenrad 5 ist ausschließlich an dem dem ersten Spiralkanal 9 gegenüberliegenden zweiten Kammereintritt 12 möglich.
Ebenso könnte die Gesamtumfassung des zweiten Spiralkanals 10 auch nur über 180° ausgebildet sein, wobei ein erster Eintrittskanal des ersten Spiralkanals 9 zu einem zweiten Eintrittskanal des zweiten Spiralkanals 10 um 180° versetzt ausgeführt wäre. Des Weiteren könnte in Abhängigkeit einer Abgasleitungsführung die Gesamtumfassung des zweiten Spiralkanals 10 weitere Werte aufweisen. Dies kann bspw. zur Optimierung des Bauraumbedarfs des Abgasführungsabschnitts 1 sowie einer Anströmcharakteristik auf das Turbinenrad 5 beliebig unterschiedlich ausgeführt sein.
Zur weiteren Erläuterung ist der erfindungsgemäße Abgasführungsabschnitt 1 in weiteren unterschiedlichen Ansichten in den Figuren 4 bis 7 dargestellt. Das Trennelement 18 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Gießverfahren hergestellt. Ebenso kann das Trennelement 18 durch ein spanendes Verfahren ausgebildet werden. Das Trennelement 18 weist in seiner entlang der Drehachse 17 verlaufenden axialen Erstreckung einen annähernd trapezförmigen Querschnitt auf. Seine dem Turbinenrad 5 zugewandt ausgebildete erste Seitenfläche 21 ist gemäß der Radeintrittskante 16 geneigt ausgeführt. Eine von der ersten Seitenfläche 21 abgewandt ausgebildete zweite
Seitenfläche 22, welche dem Lagerabschnitt 3 zugewandt angeordnet ist, ist zur
Vermeidung oder Reduzierung eines Abgaseintritts in den Lagerabschnitt 3 einem zwischen dem Lagerabschnitt 3 und dem Abgasführungsabschnitt 1 angeordneten Abschirmelement 23, welches in Form eines Hitzeschildes ausgeführt ist, angepasst ausgestaltet. Somit dient das Trennelement 18 neben der Reduzierung des
Abgasübertritts vom ersten Spiralkanal 9 in den zweiten Spiralkanal 10 einer Vermeidung oder Reduzierung eines Abgaseintritts in den Lagerabschnitt 3.
Seine in Umfangsrichtung ausgebildete dritte Seitenfläche 24 und von dieser abgewandt ausgebildete vierte Seitenfläche 25 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel parallel zueinander ausgeführt, s. Fig. 4. Die der Abgasströmung zugewandt ausgebildete dritte Seitenfläche 24 ist in Richtung des angrenzenden Spiralkanals 9; 10 geneigt ausgebildet.
In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Trennelement 18 einer in Umfangsrichtung des Turbinenrades 5 ausgebildeten Schrägstellung der
Radeintrittskante 16 in seiner axialen Ausrichtung orientiert angepasst. Das heißt mit andern Worten, dass die beiden in Richtung der Drehachse 17 ausgebildeten
Seitenflächen 24, 25 zu dieser in Umfangsrichtung geneigt positioniert sind.

Claims

Patentansprüche
1. Abgasführungsabschnitt für einen Abgasturbolader, wobei der
Abgasführungsabschnitt (1 ) durchströmbar ausgebildet ist, und wobei eine Radkammer (8) zur drehbaren Aufnahme eines Turbinenrades (5) mit einer Mehrzahl von Laufradschaufeln (15) ausgebildet ist, mit einem ersten Spiralkanal (9) und einem zweiten Spiralkanal (10), wobei der erste Spiralkanal (9) und der zweite Spiralkanal (10) abschnittsweise zur Überströmung in die Radkammer (8) ausgebildet sind, und wobei der erste Spiralkanal (9) eine erste Spiralzunge (13) und der zweite Spiralkanal (10) eine zweite Spiralzunge (14) aufweist, wobei die Spiralzungen (13, 14) in Umfangsrichtung seriell angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Turbinenrad in Form eines Mixed-Flow-Rades ausgebildet ist, und zur Reduzierung eines Überströmens von Abgas aus dem ersten Spiralkanal (9) in den zweiten Spiralkanal (10) und vice versa an der ersten Spiralzunge (13) und an der zweiten Spiralzunge (14) jeweils ein in die Radkammer (8) hineinragendes Trennelement (18) angeordnet ist, wobei zwischen dem Trennelement (18) und einem Abschirmelement (23), welches zwischen dem Abgasführungsabschnitt (1 ) und einem an den Abgasführungsabschnitt (1 ) angrenzenden Lagerabschnitt (3) angeordnet ist, ein Spalt ausgebildet ist.
2. Abgasführungsabschnitt nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Trennelement (18) und einer Radeinrittskante (16) des
Turbinenrades (5) ein Minimalspalt (19) ausgebildet ist.
3. Abgasführungsabschnitt nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine dem Turbinenrad (5) zugewandt ausgebildete erste Seitenfläche (21 ) des Trennelementes (18) einer Radeintrittskante (16) der Laufradschaufel (15) angepasst ausgebildet ist.
4. Abgasführungsabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine vom Turbinenrad (5) abgewandt ausgebildete zweite Seitenfläche (22) des Trennelementes (18) einem an einem Radrücken (27) des Turbinenrades (5) angeordneten Abschirmelement (23) angepasst ausgebildet ist.
5. Abgasführungsabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Trennelement (18) in seiner axialen Ausrichtung einer Orientierung der Laufradschaufel (15) angepasst ausgebildet ist.
6. Abgasführungsabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Trennelement (18) einen trapezformartigen Querschnitt aufweist.
7. Abgasturbolader, aufweisend einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt (1 ), einen durchströmbaren Luftführungsabschnitt und einen zwischen dem
Abgasführungsabschnitt (1 ) und dem Luftführungsabschnitt angeordneten
Lagerabschnitt (3) zum Lagern eines Laufzeugs (4) des Abgasturboladers (2), wobei das Laufzeug (4) ein von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine beaufschlagbares Turbinenrad (5) und ein mit Hilfe einer Welle (6) mit dem
Turbinenrad (5) drehfest verbundenes Verdichterrad zum Ansaugen von Frischluft aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abgasführungsabschnitt (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
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