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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasturboladeranordnung, die
ein Turbinengehäuse, das
zwei nebeneinander liegende und durch einen Steg voneinander getrennte
Gaseinströmöffnungen aufweist,
und zwei Gaszuführungskanäle umfasst, die
jeweils bis zu einer der Gaseinströmöffnungen geführt sind
und in diese münden.
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Abgasturbolader
werden verwendet, um die Energie der aus einem Verbrennungsmotor
ausgestoßenen
Abgase zum Antreiben einer Turbine zu nutzen. Die Turbine ist mit
einem Verdichter gekoppelt, der eine Erhöhung des Ladedrucks und somit eine
Leistungssteigerung des Verbrennungsmotors bewirkt. Die Abgase werden
in geeigneten Gaszuführungskanälen von
den Motorzylindern bis zu dem Turbinengehäuse des Turboladers geführt. Bei
einigen Systemen sind zwei getrennte Gaszuführungskanäle vorgesehen, denen jeweils
bestimmte Zylinder oder Zylindergruppen zugeordnet sind. Die Gaszuführungskanäle sind üblicherweise
als Rohre ausgebildet, welche mittels Schiebesitz in den jeweiligen Gaseinströmöffnungen
des Turbinengehäuses
aufgenommen sind.
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Um
eine gute Anbindung der Gaszuführungsrohre
an das Turbinengehäuse
zu gewährleisten,
ist es notwendig, die Abmessungen der Gaszuführungsrohre und der Einströmöffnungen
mit hoher Genauigkeit aufeinander abzustimmen. Dies hat jedoch einen
hohen Fertigungsaufwand zur Folge. Ferner kann es aufgrund von Wärmeausdehnung
oder Verspannungen auch bei einem relativ festen Schiebesitz zu
einem Entweichen von Gas aus dem Mündungsbereich der Gaszuführungsrohre
und insbe sondere zu einem Übersprechen,
d. h. einem Gasaustausch zwischen den beiden getrennten Gaszuführungsrohren
kommen, wodurch die Leistungsfähigkeit
des Motors verringert wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Anbindung der Gaszuführungsrohre
an das Turbinengehäuse
bei einem Abgasturbolader der genannten Art zu verbessern und insbesondere
die Herstellung einer entsprechenden Abgasturboladeranordnung einfacher,
flexibler und kostengünstiger
zu gestalten. Weiterhin soll die Leistungsfähigkeit eines Verbrennungsmotors,
der mit einem Abgasturbolader ausgestattet ist, erhöht werden.
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Die
Aufgabe wird durch eine Abgasturboladeranordnung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist im
Mündungsbereich zwischen
den Gaszuführungskanälen ein
separates Zwischenstück
angeordnet, welches einerseits an dem Steg und andererseits an einem
benachbarten Wandabschnitt zumindest eines der Gaszuführungskanäle anliegt,
um einem Übersprechen
zwischen den beiden Gasströmen
entgegenzuwirken. Das an dem Steg und an einem der Gaszuführungskanäle anliegende
Zwischenstück
bewirkt eine dichtende Trennung zwischen den beiden Gaszuführungskanälen. Die
Dichtwirkung ist auch im Falle eines relativ lockeren Schiebesitzes
zwischen den Gaszuführungskanälen und
dem Turbinengehäuse
vorhanden. Daher können
die Toleranzanforderungen in Bezug auf die Abstimmung zwischen den
Gaszuführungskanälen und
dem Turbinengehäuse
verringert und somit die Herstellungskosten gesenkt werden. Die Gaszuführungskanäle und das
Turbinengehäuse sind
gewissermaßen
voneinander entkoppelt und können
als separate Baugruppen geliefert werden. Es ist lediglich notwendig,
das Zwischenstück
an die Abmessungen und die Anordnung der Gaszuführungskanäle anzu passen. Dies ist jedoch
problemlos möglich,
da es sich bei dem Zwischenstück
um ein kompaktes und einfach zu fertigendes Bauteil handelt.
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Weitere
Vorteile der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der
Beschreibung sowie den Zeichnungen angegeben.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
das Zwischenstück
an einer Außenschalenanordnung
befestigt, in welcher die Gaszuführungskanäle aufgenommen
sind. Eine derartige umhüllende
Außenschalenanordnung
ist üblicherweise
bei Abgasrohren vorgesehen, um eine Wärmeisolierung zu erreichen
und eine schnelle Erwärmung
eines nachfolgenden Katalysators sicherzustellen. Aufgrund der Befestigung
des Zwischenstücks
an der Außenschalenanordnung
sind die Gaszuführungskanäle von dem
Zwischenstück
entkoppelt, so dass zwischen diesen Bauteilen ein ausreichendes
Spiel zur Kompensation von Wärmeausdehnungsbewegungen
vorgesehen werden kann.
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Bevorzugt
ist das Zwischenstück
mit der Außenschalenanordnung
verschweißt
oder verlötet,
um eine zuverlässige
Befestigung zu gewährleisten.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
die Außenschalenanordnung
an dem Turbinengehäuse
gasdicht befestigt, insbesondere mit diesem verschweißt. Auf
diese Weise wird ein Entweichen von Gas aus dem Einströmbereich
des Turbinengehäuses
wirksam verhindert.
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Gemäß einer
zweckmäßigen Ausgestaltung der
Erfindung ist das Zwischenstück
durch den Mittelsteg eines Stützrings
gebildet, der zwei Durchtrittsöffnungen
aufweist, in die jeweils einer der Gaszuführungskanäle eingesteckt ist. Ein derartiger
Stützring ist
einfach zu fertigen und ermöglicht
durch Abstützung
entlang des Umfangs der Gaseinströmöff nungen eine vorteilhafte
Anbindung der Gaszuführungskanäle an das
Turbinengehäuse.
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Der
Stützring
liegt vorzugsweise an dem Turbinengehäuse an, um eine optimale Dichtwirkung
zu erzielen.
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Bevorzugt
sind die Gaszuführungskanäle mittels
Schiebesitz in den Durchtrittsöffnungen
des Stützrings
aufgenommen, um einerseits eine Dichtwirkung zu erzielen und andererseits
ein ausreichendes Spiel zur Kompensation einer Wärmeausdehnung bereitzustellen.
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Gemäß einer
zweckmäßigen Ausgestaltung der
Erfindung sind das Zwischenstück
und die Gaszuführungskanäle aus dem
gleichen Material, insbesondere aus Edelstahl, hergestellt. Das
Maß der Wärmeausdehnung
während
des Betriebs ist somit bei beiden Bauteilen gleich, wodurch Verspannungen während des
Betriebs vermieden werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Zwischenstück
um einen vorbestimmten Abstand von den Austrittsöffnungen der Gaszuführungskanäle zurückgesetzt
angeordnet, sodass die Gaszuführungskanäle über die
Anstoßstelle zwischen
Steg und Zwischenstück
hinausreichend in das Turbinengehäuse ragen. Diese Form der Überlappung
zwischen Gaszuführungskanälen und
Turbinengehäuse
unterstützt
die Dichtwirkung des Zwischenstücks,
da die Gasteilchen einen längeren
Weg zurücklegen
müssen,
um bis zu der Anstoßstelle
zu gelangen.
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Vorzugsweise
umfasst die Abgasturboladeranordnung einen Twinscroll-Turbolader mit zwei
weitgehend getrennten Gasströmen.
Die Vorteile der Erfindung kommen bei einem Twinscroll-Turboladersystem
in besonderem Maße
zur Geltung.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
eine schematische Schnittansicht durch den Mündungsbereich der Gaszuführungskanäle bei einer
erfindungsgemäßen Abgasturboladeranordnung.
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2 zeigt
eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Stützring.
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Gemäß 1 münden zwei
nebeneinander liegende Gaszuführungskanäle 17, 19 in
das Turbinengehäuse 13 eines
Abgasturboladers. Die Gaszuführungskanäle 17, 19 bilden
die gasführenden
Teile eines Abgaskrümmers
und werden bei Luftspaltkrümmern
auch als Inliner bezeichnet. Sie sind beispielsweise als Edelstahlrohre
ausgebildet und leiten die Abgase eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors
von dessen Zylinderauslässen
bis zu dem Turbinengehäuse 13.
Das Turbinengehäuse 13 weist zwei
nebeneinander liegende Gaseinströmöffnungen 14, 16 auf,
die jeweils einem der Gaszuführungskanäle 17, 19 zugeordnet
sind. Die Gaseinströmöffnungen 14, 16 sind
durch einen Steg 15 voneinander getrennt. Der Steg 15 kann
sich gemäß einer
herkömmlichen
Twinscroll-Anordnung bis kurz vor die nicht dargestellte Turbinenanordnung
erstrecken. Die Gaszuführungskanäle 17, 19 empfangen
jeweils die Abgase von bestimmten Zylindern oder Zylindergruppen.
Beispielsweise kann bei einem herkömmlichen Sechszylindermotor
einer der Gaszuführungskanäle 17 die
Abgase der Zylinder 1–3 empfangen,
während der
andere Gaszuführungskanal 19 die
Abgase der Zylinder 4–6 empfängt. Die
Gaszuführungskanäle 17, 19 sind
zur Bildung eines Luftspaltkrümmers
von einer isolierenden Außenschalenanordnung 21 umhüllt. Die
Außenschalenanordnung 21 kann
mit dem Turbinenge häuse 13 verschweißt sein,
um ein Entweichen von Gas aus dem Turbinengehäuse 13 zu verhindern.
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Zwischen
den Gaszuführungskanälen 17, 19 ist
ein Zwischenstück
angeordnet, das im dargestellten Beispiel durch den Mittelsteg 23 eines
Stützrings 25 gebildet
ist, welcher in 2 genauer dargestellt ist. Der
Stützring 25 ist
aus einem Material hergestellt, das ein ähnliches Wärmeausdehnungsverhalten wie
das der Gaszuführungsrohre 17, 19 aufweist, und
er weist zwei Durchtrittsöffnungen 27, 29 auf.
Die Gaszuführungskanäle 17, 19 sind
in die Durchtrittsöffnungen 27, 29 des
Stützrings 25 eingesteckt
und der Stützring 25 ist
an dem Steg 15 sowie an der Außenwand des Turbinengehäuses 13 abgestützt. Der Mittelsteg 23 liegt
somit an Wandabschnitten 20 der Gaszuführungskanäle 17, 19 und
an dem Steg 15 des Turbinengehäuses 13 an. Der Stützring 25 ist
in seinen Außenabmessungen
auf den Innendurchmesser der Außenschalenanordnung 21 abgestimmt und
mit dieser verschweißt
oder verlötet.
Zusätzlich liegt
der Stützring 25 an
dem Turbinengehäuse 13 an.
Wie in 1 zu erkennen ist, weist das Turbinengehäuse 13 entlang
des Umfangs der Gaseinströmöffnungen 14, 16 einen
Absatz 31 auf, der die Anbindung der Abgaskrümmeranordnung
an das Turbinengehäuse 13 erleichtert.
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Weiterhin
ist in 1 zu erkennen, dass der Stützring 25 um einen
vorbestimmten Abstand von den Austrittsöffnungen 33, 35 der
Gaszuführungskanäle 17, 19 zurückgesetzt
angeordnet ist. Die Gaszuführungskanäle 17, 19 ragen
also über
die Anstoßstelle
zwischen Steg 15 und Stützring 25 hinaus,
um die Dichtwirkung des Stützrings 25 zu
unterstützen.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
besteht also eine gasdichte Schweißverbindung zwischen Stützring 25 und
Außenschalenanordnung 21 und
gleichermaßen
zwischen Außenschalenanordnung 21 und
Turbi nengehäuse 13.
Die Gaszuführungskanäle 17, 19 hingegen
stehen mittels Schiebesitz in Verbindung mit dem Stützring 25 und
ragen frei in das Turbinengehäuse 13.
Dadurch dass der Stützring 25 entlang
des Umfangs der Gaseinströmöffnungen 14, 16 an
dem Turbinengehäuse 13 und
ferner an dem Steg 15 abgestützt ist, also stets an diesen Komponenten
anliegt, wird eine dichtende Anbindung der Gaszuführungskanäle 17, 19 an
das Turbinengehäuse 13 erreicht,
ohne jedoch ein wünschenswertes
Spiel zwischen den Gaszuführungskanälen 17, 19 und
dem Turbinengehäuse 13 zu
beseitigen. Je nach Anwendungsfall kann der Stützring 25 jedoch auch
mit den Gaszuführungskanälen 17, 19 verschweißt sein.
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Während des
Betriebs des Abgasturboladers strömen heiße Abgase von den Motorzylindern
durch die Gaszuführungskanäle 17, 19 in
das Turbinengehäuse 13,
wie in 1 durch Pfeile dargestellt ist. Bei einer Turboladeranordnung
gemäß dem Stand
der Technik könnte
es bei Vorliegen von Druckunterschieden zwischen den beiden Gaszuführungskanälen 17, 19 zu
einem Übersprechen
kommen, d. h. zu einer Gasströmung
von einem der Gaszuführungskanäle 17 über den
Steg 15 hinweg in den anderen Gaszuführungskanal 19 oder
umgekehrt. Eine derartige Leckströmung wird erfindungsgemäß durch
den Mittelsteg 23 blockiert. Zusätzlich wird auch die Dichtwirkung
entlang des Umfangs der Gaseinströmöffnungen 14, 16 unterstützt.
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Da
der Mittelsteg 23 stets auf dem Steg 15 aufliegt,
ist die Blockierwirkung unabhängig
von dem exakten Ausmaß des
schiebesitzbedingten Spiels zwischen den Gaszuführungskanälen 17, 19 und
den Gaseinströmöffnungen 14, 16 des
Turbinengehäuses 13.
Somit können
das Turbinengehäuse 13 sowie
die Abgaskrümmeranordnung
mit geringeren Toleranzanforderungen gefertigt werden, wodurch Kosteneinsparungen
möglich
werden. Die Fertigung kann zudem flexibler gestaltet werden, denn
da durch, dass die Gaszuführungskanäle 17, 19 nicht mehr
exakt an das Turbinengehäuse 13 angepasst sein
müssen,
ist es möglich,
die Gaszuführanordnung,
bestehend aus Außenschalenanordnung 21, Stützring 25 und
Gaszuführungsrohren 17, 19,
als separates Bauteil vorzufertigen, während die Herstellung des Turbinengehäuses 13 beispielsweise
an anderer Stelle oder durch einen anderen Hersteller erfolgt. Aufgrund
der Entkopplung der beiden Einzelmodule ist eine Feinabstimmung
nicht mehr nötig.
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- 13
- Turbinengehäuse
- 14,
16
- Gaseinströmöffnungen
- 15
- Steg
- 18
- Mündungsbereich
- 17,
19
- Gaszuführungskanal
- 20
- Wandabschnitt
- 21
- Außenschalenanordnung
- 23
- Mittelsteg
- 25
- Stützring
- 27,
29
- Durchtrittsöffnungen
- 31
- Absatz
- 33,
35
- Austrittsöffnungen