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Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine with variable turbine geometry Download PDF

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Abstract

Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einem Turbinengehäuse (18), einem Lagergehäuse (12), einem Turbinenrad (10), einem Leitschaufelträger (22) und Leitschaufeln (24), welche in einem um das Turbinenrad (10) herum ausgebildeten Ringkanal (14) schwenkbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung des Leitschaufelträgers (22) wenigstens ein Federelement (28) angeordnet ist, welches den Leitschaufelträger (22) gegen das Lagergehäuse (12) drückt.Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, with a turbine housing (18), a bearing housing (12), a turbine wheel (10), a guide vane carrier (22) and guide vanes (24), which are formed in one around the turbine wheel (10) Annular channel (14) are pivotably arranged, characterized in that at least one spring element (28) is arranged to fasten the guide vane carrier (22) and presses the guide vane carrier (22) against the bearing housing (12).

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einem Turbinengehäuse, einem Lagergehäuse, einem Turbinenrad, einem Leitschaufelträger und Leitschaufeln, welche in einem um das Turbinenrad herum ausgebildeten Ringkanal schwenkbar angeordnet sind, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, with a turbine housing, a bearing housing, a turbine wheel, a guide vane carrier and guide vanes, which are arranged pivotably in an annular channel formed around the turbine wheel, according to the preamble of patent claim 1.

Aus der DE 100 11 441 C2 ist ein Abgasturbolader bekannt, bei dem ein separates Strömungskanalbauteil, welches auch als Konturhülse bezeichnet wird, einen Strömungskanal mit ringförmigem Turbinenmantel im Turbinengehäuse ausbildet.From the DE 100 11 441 C2 An exhaust gas turbocharger is known in which a separate flow channel component, which is also referred to as a contour sleeve, forms a flow channel with an annular turbine jacket in the turbine housing.

Aus der JP61268804 ist eine Abgasturbine eines Abgasturboladers mit variabler Turbinengeometrie bekannt, wobei zur Vermeidung von Vibrationen der Leitschaufeln diese bzgl. Leitschaufel-Schwenkachsen radial versetzet bzw. beabstandet angeordnet sind. Die Leitschaufeln sind von einem Leitschaufelträger getragen, welcher mittels Schrauben an einem Lagergehäuse befestigt ist. Ein Strömungskanal für Abgas wird in der Abgasturbine vollständig von dem Turbinengehäuse ausgebildet. Dies erfordert eine hohe Genauigkeit bei der Herstellung des Turbinengehäuse, damit freie Enden der Leitschaufeln einerseits eng genug an einer Wandung des Turbinengehäuses anliegen, um entsprechend abzudichten, andererseits aber nicht zu fest am Turbinengehäuse anliegen, da sonst die Gefahr besteht, dass ein Verstellmechanismus für die Leitschaufeln blockiert wird. Zusätzlich verschärft sich dieses Problem durch Temperaturausdehnungen bei dem Turbinengehäuse und dem Leitschaufelträger.From the JP61268804 is an exhaust gas turbine of an exhaust gas turbocharger with variable turbine geometry known, which are arranged radially displaced or spaced apart to avoid vibrations of the guide vanes with respect to the guide vane pivot axes. The vanes are carried by a vane carrier which is secured by screws to a bearing housing. A flow passage for exhaust gas is completely formed in the exhaust turbine of the turbine housing. This requires a high accuracy in the manufacture of the turbine housing, so that free ends of the vanes on the one hand tight enough against a wall of the turbine housing to seal accordingly, but on the other hand not rest too firmly on the turbine housing, otherwise there is a risk that an adjustment mechanism for the Guide vanes is blocked. In addition, this problem is exacerbated by thermal expansion of the turbine housing and vane support.

Um diese Problematik der Temperaturausdehnung mit der Gefahr der Verklemmung zwischen Leitschaufeln und Turbinengehäuse zu entschärfen, wurde in der US 4 804 316 vorgeschlagen, den Leitschaufelträger mittels einer Schraube, die durch eine Distanzhülse greift, an demjenigen Teil des Turbinengehäuses anzuschrauben, welcher zusammen mit dem Leitschaufelträger einen Ringkanal für die Leitschaufeln ausbildet.To mitigate this problem of temperature expansion with the risk of jamming between vanes and turbine housing, was in the US 4,804,316 proposed to screw the vane support by means of a screw which engages through a spacer sleeve on that part of the turbine housing, which forms together with the guide vane carrier an annular channel for the guide vanes.

Aus EP 0 160 460 B1 ist ein Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie bekannt. Ein Leitschaufelträger in einer Turbine des Abgasturboladers wird mittels einer Tellerfeder gegen ein Turbinengehäuse gedrückt, so dass freie Enden von am Leitschaufelträger angeordneten Leitschaufeln gegen eine einen ringförmigen Strömungskanal ausbildende Wandung des Turbinengehäuses gedrückt werden.Out EP 0 160 460 B1 is known an exhaust gas turbocharger with variable turbine geometry. A vane support in a turbine of the exhaust gas turbocharger is pressed against a turbine housing by means of a cup spring so that free ends of guide vanes arranged on the guide vane carrier are pressed against a wall of the turbine housing forming an annular flow channel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau und eine Montage eines Abgasturboladers bei gleichzeitig verbesserter Funktionsfähigkeit bzgl. Gasdichtheit an kritischen Stellen zu vereinfachen.The invention has for its object to simplify a structure and a mounting of an exhaust gas turbocharger at the same time improved functionality with respect. Gas-tightness at critical points.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Abgasturbolader der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by an exhaust gas turbocharger o. G. Art solved with the features characterized in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are described in the further claims.

Dazu ist es bei einem Abgasturbolader der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass zur Befestigung des Leitschaufelträgers wenigstens ein Federelement angeordnet ist, welches den Leitschaufelträger gegen das Lagergehäuse drückt.For this it is in an exhaust gas turbocharger o. G. Art according to the invention provided that at least one spring element is arranged for fixing the guide vane carrier, which presses the guide vane carrier against the bearing housing.

Dies hat den Vorteil, dass eine Montage des Abgasturboladers vereinfacht ist und weniger Bauteile benötigt werden, wobei gleichzeitig ein Leitschaufelklemmen wirksam vermieden und Spalte im Strömungsweg minimiert sind.This has the advantage that an assembly of the exhaust gas turbocharger is simplified and fewer components are needed, at the same time a Leitschaufelklemmen effectively avoided and gaps in the flow path are minimized.

Dadurch, dass ein Strömungskanalbauteil vorgesehen ist, welches zusammen mit dem Leitschaufelträger den Ringkanal ausbildet und im weiteren Strömungsverlauf einen axialen Strömungskanal um das Turbinenrad herum ausbildet, wobei das Strömungskanalbauteil und der Leitschaufelträger als Leitschaufelverstellmodul miteinander verbunden sind, ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass bei der Montage des Abgasturboladers dieses Leitschaufelverstellmodul als komplette Einheit in das Lagergehäuse montiert werden kann.The fact that a flow channel component is provided which forms the annular channel together with the guide vane and forms an axial flow channel around the turbine wheel in the further flow, wherein the flow channel component and the vane support are connected to each other as Leitschaufelverstellmodul, there is the additional advantage that in the Assembly of the exhaust gas turbocharger this Leitschaufelverstellmodul can be mounted as a complete unit in the bearing housing.

Beispielsweise ist das Federelement ein Wärmeschutzblech, welches bevorzugt derart angeordnet ist, dass es einen axialen Strömungskanal um das Turbinenrad herum axial in Richtung Lagergehäuse begrenzt.For example, the spring element is a heat shield, which is preferably arranged such that it limits an axial flow channel around the turbine wheel axially in the direction of the bearing housing.

Zweckmäßigerweise ist das Wärmeschutzblech axial mittels einer Verschraubeinheit am Lagergehäuse befestigt.Conveniently, the heat shield is attached axially by means of a screw on the bearing housing.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Fig. eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers in perspektivischer, teilweise geschnittener Ansicht.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. This shows in the only Fig. A preferred embodiment of an exhaust gas turbocharger according to the invention in a perspective, partially sectioned view.

Die aus der einzigen Fig. ersichtliche bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine umfasst ein Turbinenrad 10, welches in einem Lagergehäuse 12 gelagert ist. Über einen Ringkanal 14 strömt Abgas radial zum Turbinenrad 10 und treibt dieses an. Das Turbinenrad 10 treibt seinerseits über eine Welle 16 ein nicht dargestelltes Verdichterrad des Abgasturboladers an. Ein Strömungskanal für Abgas wird innerhalb eines Turbinengehäuses 18 von einem Strömungskanalbauteil 20 ausgebildet, welches auch als Trompete, Konturhülse oder Kartusche bezeichnet wird. Hierbei ist der Ringskanal 14 von dem Strömungskanalbauteil 20 und einem Leitschaufelträger 22 ausgebildet. In dem Ringskanal 14 sind am Leitschaufelträger 22 gehaltene Leitschaufeln 24 angeordnet. Diese sind in üblicher Weise verschwenkbar ausgebildet, um eine Turbinenleistung entsprechend einem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine einzustellen.The preferred embodiment of an exhaust gas turbocharger according to the invention for an internal combustion engine which can be seen from the single FIGURE comprises a turbine wheel 10 which is in a bearing housing 12 is stored. Via a ring channel 14 Exhaust gas flows radially to the turbine wheel 10 and drive this. The turbine wheel 10 in turn drives over a wave 16 an unillustrated compressor wheel of the exhaust gas turbocharger. A flow channel for exhaust gas is within a turbine housing 18 from a flow channel component 20 formed, which is also referred to as a trumpet, contour sleeve or cartridge. Here is the ring channel 14 from the flow channel component 20 and a vane carrier 22 educated. In the ring channel 14 are on the vane carrier 22 held vanes 24 arranged. These are designed pivotably in the usual way to set a turbine power corresponding to a current operating state of the internal combustion engine.

Das Strömungskanalbauteil 20 bildet zusammen mit dem Leitschaufelträger 22 den Ringkanal 14 aus. Ferner begrenzt das Strömungskanalbauteil 20 einen axialen Strömungskanal 26 um das Turbinenrad 10 herum. Dieser Strömungskanal 26 ist axial in Richtung des Lagergehäuses 12 von einem Wärmeschutzblech 28 begrenzt. Das Strömungskanalbauteil 20 und der Leitschaufelträger 22 mit seiner variablen Turbinengeometrie und einem entsprechenden Anlenkmechanismus 30 für die Leitschaufeln 24 sind zu einem Leitschaufelverstellmodul vormontiert. Bei der Montage des Abgasturboladers wird dieses Leitschaufelverstellmodul als komplette Einheit (Modul) in das Lagergehäuse 12 eingesetzt und stützt sich im Bereich 32 axial und im Bereich 34 radial am Lagergehäuse 12 ab. Zusätzlich ist an einem radial inneren Umfang des Leitschaufelträgers 22 eine Schulter 36 ausgebildet. Das Wärmeschutzblech 28 ist an einem Ende mittels einer Verschraubeinheit 38 am Lagergehäuse 12 befestigt. An dem dieser Verschraubeinheit 38 gegenüberliegenden Ende liegt das Wärmeschutzblech 28 auf der Schulter 36 des Leitschaufelträgers 22 auf. Da das Wärmeschutzblech 28 als federelastisches Bauteil ausgebildet ist, drückt es den Leitschaufelträger 22 und damit das gesamte Leitschaufelverstellmodul axial gegen das Lagergehäuse 12. Hierdurch wird auf einfache aber funktionssichere Weise der Leitschaufelträger 22 und damit das gesamte Leitschaufelverstellmodul fixiert.The flow channel component 20 forms together with the vane carrier 22 the ring channel 14 out. Furthermore, the flow channel component limits 20 an axial flow channel 26 around the turbine wheel 10 around. This flow channel 26 is axially in the direction of the bearing housing 12 from a heat shield 28 limited. The flow channel component 20 and the vane carrier 22 with its variable turbine geometry and a corresponding linkage mechanism 30 for the vanes 24 are pre-assembled to a Leitschaufelverstellmodul. When installing the exhaust gas turbocharger this Leitschaufelverstellmodul is a complete unit (module) in the bearing housing 12 used and supported in the area 32 axially and in the range 34 radially on the bearing housing 12 from. In addition, on a radially inner periphery of the vane support 22 one shoulder 36 educated. The heat shield 28 is at one end by means of a screwing 38 on the bearing housing 12 attached. At this screwing unit 38 opposite end is the heat shield 28 on the shoulder 36 of the vane carrier 22 on. As the heat shield 28 is designed as a resilient member, it presses the guide vane 22 and thus the entire Leitschaufelverstellmodul axially against the bearing housing 12 , As a result, the guide vane carrier is in a simple but functionally reliable manner 22 and thus fixes the entire Leitschaufelverstellmodul.

Bei dem Leitschaufelverstellmodul sind der Leitschaufelträger 22 und das Strömungskanalbauteil 20 derart miteinander verbunden, dass zwischen diesen wenigstens ein Abstandshalter 40 angeordnet ist. Dieser Abstandshalter 40 bestimmt eine breite des Ringkanals 14.In the Leitschaufelverstellmodul are the guide vane 22 and the flow channel component 20 so interconnected that between these at least one spacer 40 is arranged. This spacer 40 determines a width of the ring channel 14 ,

Das Leitschaufelverstellmodul als solches bringt neben Montagevorteilen das Vermeiden von Leitschaufelklemmen und Spalteminimierungen zwischen Turbinenrad 10 und Leitschaufeln 24 zur Turbinengehäusegegenseite mit sich.The Leitschaufelverstellmodul as such brings in addition to mounting advantages avoiding vane clamps and Spalteminimierungen between turbine 10 and vanes 24 to the turbine housing opposite side with it.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt auch darin, dass das Leitschaufelverstellmodul bestehend aus Leitschaufeln 24, Leitschaufelträger 22, Abstandshalter 40, Konturhülse 20 und dem nicht näher dargestellten Verstellmechanismus für die Leitschaufeln 24 mit Leitschaufelhebel und Verstellring als komplette Einheit (Modul) in das Lagergehäuse 12 montiert werden kann.A particular advantage of the solution according to the invention lies in the fact that the Leitschaufelverstellmodul consisting of vanes 24 , Guide vane 22 , Spacers 40 , Contour sleeve 20 and the adjusting mechanism for the vanes, not shown 24 with guide vane lever and adjusting ring as complete unit (module) in the bearing housing 12 can be mounted.

Claims (5)

Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einem Turbinengehäuse (18), einem Lagergehäuse (12), einem Turbinenrad (10), einem Leitschaufelträger (22) und Leitschaufeln (24), welche in einem um das Turbinenrad (10) herum ausgebildeten Ringkanal (14) schwenkbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung des Leitschaufelträgers (22) wenigstens ein Federelement (28) angeordnet ist, welches den Leitschaufelträger (22) gegen das Lagergehäuse (12) drückt.Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, with a turbine housing ( 18 ), a bearing housing ( 12 ), a turbine wheel ( 10 ), a vane carrier ( 22 ) and vanes ( 24 ), which in one around the turbine wheel ( 10 ) formed around annular channel ( 14 ) are pivotally arranged, characterized in that for fastening the guide vane carrier ( 22 ) at least one spring element ( 28 ) is arranged, which the guide vane carrier ( 22 ) against the bearing housing ( 12 ) presses. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungskanalbauteil (20) vorgesehen ist, welches zusammen mit dem Leitschaufelträger (22) den Ringkanal (14) ausbildet und im weiteren Strömungsverlauf einen axialen Strömungskanal (26) um das Turbinenrad (10) herum ausbildet, wobei das Strömungskanalbauteil (20) und der Leitschaufelträger (22) als Leitschaufelverstellmodul miteinander verbunden sind.Exhaust gas turbocharger according to claim 1, characterized in that a flow channel component ( 20 ), which together with the guide vane carrier ( 22 ) the annular channel ( 14 ) and in the further course of flow an axial flow channel ( 26 ) around the turbine wheel ( 10 ), wherein the flow channel component ( 20 ) and the vane carrier ( 22 ) are connected together as Leitschaufelverstellmodul. Abgasturbolader nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement ein Wärmeschutzblech (28) ist.Exhaust gas turbocharger according to at least one of the preceding claims, characterized in that the spring element is a heat shield ( 28 ). Abgasturbolader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeschutzblech (28) derart angeordnet ist, dass es einen axialen Strömungskanal (26) um das Turbinenrad (10) herum axial in Richtung Lagergehäuse (12) begrenzt.Exhaust gas turbocharger according to claim 3, characterized in that the heat shield ( 28 ) is arranged such that it has an axial flow channel ( 26 ) around the turbine wheel ( 10 ) axially in the direction of the bearing housing ( 12 ) limited. Abgasturbolader nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeschutzblech (28) axial mittels einer Verschraubeinheit (38) am Lagergehäuse (12) befestigt ist.Exhaust gas turbocharger according to claim 3 or 4, characterized in that the heat shield ( 28 ) axially by means of a screwing unit ( 38 ) on the bearing housing ( 12 ) is attached.
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