DE102012001603B4

DE102012001603B4 - Abgasturbolader

Info

Publication number: DE102012001603B4
Application number: DE102012001603.4A
Authority: DE
Inventors: Thorben Kotzbacher; Michael Rott; Tobias Scheuermann; Christian Trautmann; Jan Unglaube
Original assignee: IHI Charging Systems International GmbH
Current assignee: IHI Charging Systems International GmbH
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2019-11-21
Anticipated expiration: 2032-01-27
Also published as: DE102012001603A1

Abstract

Abgasturbolader (10) mit wenigstens einem Lagergehäuse (20), mit einem sich in axialer Richtung an das Lagergehäuse (20) anschließenden und mit dem Lagergehäuse (20) verbundenen Turbinengehäuse (14) und mit einer vom Lagergehäuse (20) und vom Turbinengehäuse (14) separat ausgebildeten Leiteinrichtung (24), welche ein erstes Einsatzelement (26) und ein in axialer Richtung näher als das erste Einsatzelement (26) zu dem Lagergehäuse (20) angeordnetes, zweites Einsatzelement (28) umfasst, die jeweils zumindest teilweise im Turbinengehäuse (14) angeordnet und unter Ausbildung eines Strömungskanals (32) zwischen den Einsatzelementen (26, 28) in axialer Richtung voneinander beabstandet sind, wobei an wenigstens einem der Einsatzelemente (26, 28) Leitschaufeln (30) der Leiteinrichtung (24), mittels welchen den Strömungskanal (32) durchströmendes Abgas ableitbar ist, relativ zu den Einsatzelementen (26, 28) bewegbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Einsatzelement (28) am Turbinengehäuse (14) über ein Federelement (34) gehalten und/oder mittels wenigstens eines Dichtungselements gegen das Turbinengehäuse (14) abgedichtet ist, wobei die Leiteinrichtung (24) ausschließlich über das zweite Einsatzelement (28) am Turbinengehäuse (14) gehalten ist, und wobei das mit dem zweiten Einsatzelement (28) zusammenwirkendes Federelement (34), vorgesehen ist, mittels welchem die Leiteinrichtung (24) über das zweite Einsatzelement (28) am Turbinengehäuse (14) gehalten ist, und wobei die Leitschaufeln (30) ausschließlich am zweiten Einsatzelement (28) gelagert sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 2 und gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 4.
Die EP 2 226 484 A1 offenbart einen Abgasturbolader mit wenigstens einem Lagergehäuse, mit einem sich in axialer Richtung an das Lagergehäuse anschließenden und mit dem Lagergehäuse verbundenen Turbinengehäuse und mit einer vom Lagergehäuse und vom Turbinengehäuse separat ausgebildeten Leiteinrichtung. Die Leiteinrichtung umfasst ein erstes Einsatzelement und ein zweites Einsatzelement. Das zweite Einsatzelement ist in axialer Richtung näher als das erste Einsatzelement zu dem Lagergehäuse angeordnet. Die Einsatzelemente sind jeweils zumindest teilweise im Turbinengehäuse angeordnet und unter Ausbildung eines Strömungskanals zwischen den Einsatzelementen in axialer Richtung 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.
Ein solcher Abgasturbolader ist auch aus der DE 10 2004 038 748 A1 bekannt. Dabei ist das zweite Einsatzelement am Lagergehäuse gelagert und dadurch am Lagergehäuse gehalten.
Während des Betriebs des Abgasturboladers strömt heißes Abgas durch das Turbinengehäuse. Dabei kommt es zu einer Beaufschlagung des Turbinengehäuses und der Leiteinrichtung mit relativ hohen Temperaturen. Daraus resultieren thermisch bedingte Verformungen insbesondere der Leiteinrichtung, so dass die Gefahr eines Verklemmens und/oder einer anderweitigen Fehlfunktion der Leitschaufeln besteht. Um nun eine solche Fehlfunktion zu vermeiden, sind zwischen den Leitschaufeln und den Einsatzelementen sogenannte Funktionsspalte vorgesehen.
Der Nachteil der Funktionsspalte ist jedoch, dass das Abgas über die Funktionsspalte zwischen den Leitschaufeln und den Einsatzelementen hindurchströmen kann und somit nicht von den Leitschaufeln abgeleitet bzw. umgelenkt wird. Das die Funktionsspalte durchströmende Abgas strömt somit ein Turbinenrad der Turbine ungerichtet und somit strömungsungünstig an. Dies beeinträchtigt den effizienten Betrieb des Abgasturboladers.
Ein solcher Abgasturbolader geht auch aus der DE 10 2008 000 849 A1 hervor, dessen Leiteinrichtung mit Hilfe einer Mittenzentriereinrichtung zur Zentrierung der Leiteinrichtung in axialer Richtung ausgebildet ist, damit Funktionsspalte aufgrund einer axialen Ausdehnung und/oder Bewegung des ersten Einsatzelementes verhindert werden können. Das zweite Einsatzelement ist fest mit dem Turbinengehäuse verbunden, wobei zwischen dem Turbinengehäuse und dem zweiten Einsatzelement ein Dichtungselement angeordnet ist zur Vermeidung eines Überströmens von Abgas in einen die Bewegungseinrichtung aufnehmenden Raum, der in axialer Richtung vom Lagergehäuse begrenzt ist.
Ein weiterer solcher Abgasturbolader ist der EP 1 398 463 A1 sowie der EP 1 536 103 A1 zu entnehmen, dessen erstes Einsatzelement mit Hilfe eines Befestigungselementes in Form eines Stiftes bzw. einer Schraube sowie eines das Turbinenrad an seinem Austrittsbereich umfassend ausgebildeten Rohrelementes fixiert ist, wobei das zweite Einsatzelement an einem Hitzeschild sich radial abstützend ausgeführt ist. Zwischen dem zweiten Einsatzelement und dem Turbinengehäuse ist ein Dichtungselement angeordnet. Bei den offenbarten Abgasturboladern handelt es sich um komplexe Halteeinrichtungen der Leiteinrichtungen.
Abgasturbolader, welche zur Reduzierung von Funktionsspalten relativ einfach ausgeführte Halteeinrichtungen aufweisen, können der EP 1 816 317 A2 und der JP 2009-243300 A entnommen werden. Diese weisen jedoch zweifach gelagerte Leitschaufeln der Leiteinrichtung auf, wobei eine erste Lagerstelle im ersten Einsatzelement und eine zweite Lagerstelle im zweiten Einsatzelement ausgebildet ist. Aufgrund der zweifachen Lagerung kann mit Hilfe eines federelementartigen Halteelementes der Halteeinrichtung auf einfache Weise eine axiale Verschiebung eines der Einsatzelemente ausgeglichen werden.
Die WO 2004/35991 A1 offenbart einen Abgasturbolader mit einem Betätigungselement zur Initiierung einer Bewegung der Leitschaufeln, wobei das Betätigungselement in Form eines Drehrings auf am zweiten Einsatzelement aufgenommen Rollen verdrehbar gelagert ist.
Ein weiterer Abgasturbolader, aufweisend eine Leiteinrichtung mit einem ersten Einsatzelement und einem zweiten Einsatzelement, zwischen welchen die Leitschaufeln mit Hilfe einer Betätigungseinrichtung verdrehbar angeordnet sind ist der EP 1 234 951 B1 zu entnehmen.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader bereitzustellen, welcher einen effizienteren Betrieb aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 und mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Der erste Aspekt der Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit wenigstens einem Lagergehäuse, mit einem sich in axialer Richtung des Abgasturboladers an das Lagergehäuse anschließenden und mit dem Lagergehäuse verbundenen Turbinengehäuse und mit einer vom Lagergehäuse und vom Turbinengehäuse separat ausgebildeten Leiteinrichtung. Die Leiteinrichtung umfasst ein erstes Einsatzelement und ein zweites Einsatzelement. Das zweite Einsatzelement ist in axialer Richtung näher als das erste Einsatzelement zu dem Lagergehäuse angeordnet. Die Einsatzelemente sind jeweils zumindest teilweise im Turbinengehäuse angeordnet und unter Ausbildung eines Strömungskanals zwischen den Einsatzelementen in axialer Richtung voneinander beabstandet.
An wenigstens einem der Einsatzelemente sind Leitschaufeln der Leiteinrichtung relativ zu den Einsatzelementen bewegbar gelagert. Die Leitschaufeln dienen zum Ableiten bzw. Umlenken von den Strömungskanal durchströmendem Abgas.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das zweite Einsatzelement am Turbinengehäuse gehalten bzw. gelagert und/oder mittels wenigstens eines Dichtungselements gegen das Turbinengehäuse abgedichtet ist. Dadurch können sogenannte Sekundärströmungsverluste gering gehalten werden, woraus ein verbesserter und effizienter Betrieb des Abgasturboladers resultiert. Das Abgas kann nicht oder in nur sehr geringen Mengen zwischen dem Turbinengehäuse und der Leiteinrichtung, insbesondere zwischen dem Turbinengehäuse und dem zweiten Einsatzelement, vorbei und somit ein Turbinenrad des Abgasturboladers ungerichtet anströmen. Bei dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader wird zumindest im Wesentlichen das gesamte, den Strömungskanal durchströmende Abgas mittels der Leitschaufeln strömungsgünstig abgeleitet bzw. umgelenkt, so dass das Abgas das Turbinenrad in wenigstens einem vorteilhaften Strömungswinkel anströmen und somit effizient antreiben kann.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Leiteinrichtung, insbesondere ausschließlich, über das zweite Einsatzelement am Turbinengehäuse gehalten ist. Dadurch können thermisch bedingte Verformungen der Leiteinrichtung während des Betriebs des Abgasturboladers vermieden oder zumindest sehr gering gehalten werden, so dass die Gefahr eines Verklemmens und/oder einer anderweitigen Fehlfunktion der Leitschaufeln gering ist. In der Folge können Funktionsspalte zwischen den Leitschaufeln und den Einsatzelementen besonders klein ausgestaltet werden, so dass das Abgas die Leitschaufeln nicht oder in nur sehr geringen Mengen über die Funktionsspalte umgehen kann. Dies hat zur Folge, dass zumindest der weitaus überwiegende Teil des Abgases mittels der Leitschaufeln abgeleitet und dem Turbinenrad strömungsgünstig zugeführt werden kann. Dies führt zu einem besonders effizienten Betrieb des Abgasturboladers.
Insbesondere ist wenigstens ein mit dem zweiten Einsatzelement zusammenwirkendes Befestigungselement, insbesondere ein Federelement, vorgesehen, mittels welchem die Leiteinrichtung über das zweite Einsatzelement am Turbinengehäuse gehalten ist. Mittels des insbesondere als Federelement ausgebildeten Befestigungselements können thermisch bedingte Verformungen der Leiteinrichtung und/oder des Turbinengehäuses sowie insbesondere unterschiedliche, thermisch bedingte Verformungen der Leiteinrichtung und des Turbinengehäuses kompensiert werden, wodurch Sekundärströmungsverluste vermieden oder sehr gering gehalten werden können.
Vorzugsweise erfolgt die Abdichtung mittels des Dichtungselements und/oder die Halterung des zweiten Einsatzelements am Turbinengehäuse und/oder eine Kraftbeaufschlagung des zweiten Einsatzelements durch das Federelement auf einer dem Lagergehäuse zugewandten Seite des zweiten Einsatzelements.
Eine besonders effiziente Abdichtung ist realisiert, wenn das Dichtungselement zwischen einer zumindest im Wesentlichen senkrecht zur radialen Richtung verlaufenden Fläche des Turbinengehäuses und einer zumindest im Wesentlichen senkrecht zur radialen Richtung verlaufenden, weiteren Fläche des zweiten Einsatzelements angeordnet und an den Flächen abgestützt ist.
Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit wenigstens einem Gehäuseteil. In dem Gehäuseteil ist zumindest teilweise eine von dem Gehäuseteil und insbesondere von allen Gehäuseteilen des Abgasturboladers separat ausgebildete Leiteinrichtung angeordnet, die zwei Einsatzelemente umfasst. Die Einsatzelement sind unter Ausbildung eines Strömungskanals zwischen den Einsatzelementen in axialer Richtung voneinander beabstandet. Mit anderen Worten wird der Strömungskanal in axialer Richtung von den Einsatzelementen zumindest teilweise begrenzt.
An wenigstens einem der Einsatzelemente sind Leitschaufeln der Leiteinrichtung relativ zu den Einsatzelementen bewegbar gelagert. Mittels der Leitschaufeln ist den Strömungskanal durchströmendes Abgas ableitbar bzw. umlenkbar.
Erfindungsgemäß ist bei dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass wenigstens eine den Strömungskanal in axialer Richtung begrenzende Wandung zumindest eines der Einsatzelemente wenigstens bereichsweise bogenförmig, insbesondere konvex, ausgebildet ist. Dies hält Sekundärströmungsverluste besonders gering oder vermeidet diese, was mit einem sehr effizienten Betrieb des Abgasturboladers einhergeht. Gleichzeitig kann die Gefahr eines Verklemmens und/oder einer anderweitigen Fehlfunktion der Leitschaufeln besonders gering gehalten werden. Dies führt zu einer besonders hohen Funktionserfüllungssicherheit des Abgasturboladers. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Vorzugsweise weisen beide Einsatzelemente jeweils wenigstens eine den Strömungskanal in axialer Richtung begrenzende Wandung auf, welche wenigstens bereichsweise bogenförmig, insbesondere konvex, ausgebildet ist. Dadurch können insbesondere Funktionsspalte zwischen den Einsatzelementen und den Leitschaufeln gering gehalten werden, so dass ein zumindest überwiegender Teil des Abgases mittels der Leitschaufeln abgeleitet bzw. umgelenkt werden und dadurch das Turbinenrad des Abgasturboladers strömungsgünstig anströmen kann.
Die zumindest im Wesentlichen bogenförmige Wandung ist zumindest im Wesentlichen ballig ausgebildet. Dies führt zu einem besonders effizienten Betrieb des Abgasturboladers.
Die Wandung ist im Bereich der Leitschaufeln bogenförmig, insbesondere ballig, ausgebildet. Dadurch können die Sekundärströmungsverluste in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden, was mit einem effizienten und wirkungsgradgünstigen Betrieb des Abgasturboladers einhergeht.
Des Weiteren ist ein Abgasturbolader offenbart mit wenigstens einem Gehäuseteil, an welchem zumindest teilweise eine vom Gehäuseteil und 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. An wenigstens einem der Einsatzelemente sind Leitschaufeln der Leiteinrichtung relativ zu den Einsatzelementen bewegbar gelagert. Mittels der Leitschaufeln ist den Strömungskanal durchströmendes Abgas ableitbar bzw. umlenkbar.
Die voneinander separaten Einsatzelemente sind unabhängig voneinander an dem wenigstens einen Gehäuseteil oder an jeweiligen, voneinander separat ausgebildeten Gehäuseteilen befestigt. Dies bedeutet, dass die separaten, d.h. nicht miteinander verbundenen (miteinander unverbundenen) Einsatzelemente sich nicht oder nur in sehr geringem Maße insbesondere hinsichtlich ihrer thermisch bedingten Verformungen beim Betrieb des Abgasturboladers beeinflussen. Mit anderen Worten können die thermisch bedingten Verformungen der Einsatzelemente besonders gering gehalten werden. Daraus resultieren eine besonders geringe Gefahr einer Verklemmung und/oder einer anderweitigen Fehlfunktion der Leitschaufeln. In der Folge können Funktionsspalte zwischen den Leitschaufeln und den Einsatzelementen gering gehalten werden. So kann das den Strömungskanal durchströmende Abgas nicht oder in nur sehr geringen Mengen die Leitschaufeln umgehen und ein Turbinenrad ungerichtet anströmen. Dies bedeutet, dass ein zumindest überwiegender Teil des Abgases mittels der Leitschaufeln abgeleitet bzw. umgelenkt wird, so dass das Abgas das Turbinenrad strömungsgünstig anströmt und somit effizient und wirkungsgradgünstig antreibt.
Die Einsatzelemente können dabei jeweils und unabhängig voneinander kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig an dem Gehäuseteil bzw. an den jeweiligen, voneinander separaten Gehäuseteilen gehalten bzw. verbunden sein.
Bei dem Gehäuseteil, an dem vorzugsweise beide Einsatzelemente voneinander unabhängig gehalten sind, handelt es sich vorteilhafterweise um ein Turbinengehäuse einer Turbine des Abgasturboladers.
Der dritte Aspekt der Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit wenigstens einem Gehäuseteil, an welchem zumindest teilweise ein vom Gehäuseteil und 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.
An wenigstens einem der Einsatzelemente sind über ein Betätigungselement des Abgasturboladers bewegbare Leitschaufeln der Leiteinrichtung relativ zu den Einsatzelementen bewegbar gelagert. Mittels der Leitschaufeln ist den Strömungskanal durchströmendes Abgas ableitbar bzw. umlenkbar.
Erfindungsgemäß ist bei dem dritten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass wenigstens ein erstes der Einsatzelemente mittels des Betätigungselements gegen eine Relativdrehung zum Gehäuseteil in Umfangsrichtung des wenigstens einen Einsatzelements gesichert ist. Dadurch ist eine vorteilhafte Lagesicherung des ersten Einsatzelements geschaffen, infolge derer ein Zusammenwirken des ersten Einsatzelements mit dem Gehäuseteil, um das erste Einsatzelement lagezusichern, vermieden oder auf ein sehr geringes Maß beschränkt werden kann. Somit können Beeinflussungen des Gehäuseteils auf ein insbesondere thermisch bedingtes Verformungsverhalten des ersten Einsatzelements sowie der gesamten Leiteinrichtung gering gehalten werden. Dies führt zu nur sehr geringen, thermisch bedingten Deformationen des ersten Einsatzelements und damit der Leiteinrichtung beim Betrieb des Abgasturboladers, was mit einer sehr geringen Gefahr einer Fehlfunktion der Leitschaufeln einhergeht und eine Hystereseminimierung dadurch erzeugbar ist. In der Folge können Funktionsspalte insbesondere zwischen den Leitschaufeln und den Einsatzelementen gering gehalten werden, was dem effizienten und wirkungsgradgünstigen Betrieb des Abgasturboladers zugute kommt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der ersten zwei Aspekte der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Infolge der Verdrehsicherung des ersten Einsatzelements relativ zum Gehäuseteil mittels des Betätigungselements sind zusätzliche Sicherungsmittel nicht vorgesehen und nicht vonnöten. Dies hält die Teileanzahl, das Gewicht, die Kosten und den Bauraumbedarf des erfindungsgemäßen Abgasturboladers gering.
In vorteilhafter Ausgestaltung des dritten Aspekts der Erfindung ist das Betätigungselement teilweise in einer Aufnahmeöffnung des ersten Einsatzelements aufgenommen, wobei die Aufnahmeöffnung in radialer Richtung eine größere Erstreckung aufweist als das Betätigungselement. Mit anderen Worten ist die Aufnahmeöffnung in radialer Richtung für das Betätigungselement als Langloch ausgebildet. Dadurch kann sich das erste Einsatzelement insbesondere thermisch bedingt in radialer Richtung ausdehnen und/oder zusammenziehen und somit relativ zu dem beispielsweise an dem Gehäuseteil gelagerten Betätigungselement bewegen, ohne dass es zu einer Verspannung zwischen dem ersten Einsatzelement und dem Betätigungselement kommt. Gleichzeitig ist die Sicherung des ersten Einsatzelements gegenüber einer Relativdrehung in Umfangsrichtung des ersten Einsatzelements zum Gehäuseteil gewährleistet. Das Betätigungselement ist dabei an dem Gehäuseteil und/oder an einem anderweitigen Gehäuseteil des Abgasturboladers gelagert. Vorteilhafte Ausgestaltungen der ersten beiden Aspekte der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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:

1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht eines Abgasturboladers für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit einer separat von allen Gehäuseteilen des Abgasturboladers ausgebildeten Leiteinrichtung zum Ableiten von Abgas;
2 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Abgasturboladers gemäß 1;
3 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Abgasturboladers gemäß den 1 und 2; und
4 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Abgasturboladers gemäß 3 entlang der in der 3 gezeigten Schnittlinie A-A.

Die 1 zeigt einen Abgasturbolader 10 mit einer Turbine 12, welche ein Turbinengehäuse 14 umfasst. Das Turbinengehäuse 14 weist einen Aufnahmeraum 16 auf, in welchem ein Turbinenrad 18 der Turbine 12 um eine Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse 14 drehbar aufgenommen ist.
Der Abgasturbolader 10 umfasst ferner ein Lagergehäuse 20, welches sich in axialer Richtung des Abgasturboladers 10 an das Turbinengehäuse 14 anschließt und welches mit dem Turbinengehäuse 14 verbunden ist. An dem Lagergehäuse 20 ist ein Rotor des Abgasturboladers 10 um die Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse 14 und relativ zu dem Lagergehäuse 20 drehbar gelagert. Der Rotor umfasst das Turbinenrad 18 sowie eine Welle, welche mit dem Turbinenrad 18 drehbar verbunden ist.
Das Turbinengehäuse 14 weist auch wenigstens einen Zuführkanal 22 auf. Der Zuführkanal 22 ist mit wenigstens einem Brennraum, insbesondere einem Zylinder, einer dem Abgasturbolader 10 zugeordneten und beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine fluidisch verbunden. Dadurch kann Abgas der Verbrennungskraftmaschine aus dem Brennraum in den Zuführkanal 22 einströmen.
Des Weiteren umfasst der Abgasturbolader 10 eine Leiteinrichtung 24, welche separat vom Turbinengehäuse 14, separat vom Lagergehäuse 20 sowie separat von allen Gehäuseteilen des Abgasturboladers 10 ausgebildet ist. Die Leiteinrichtung 24 umfasst als erstes Einsatzelement ein Abdeckelement 26 sowie als zweites Einsatzelement ein Trägerelement 28. Das Abdeckelement 26 und das Trägerelement 28 sind in dem Turbinengehäuse 14 angeordnet. Das Abdeckelement 26 befindet sich beispielsweise in Stützanlage mit dem Turbinengehäuse 14.
Die Leiteinrichtung 24 umfasst auch eine Mehrzahl von Leitschaufeln 30, welche in Umfangsrichtung des Turbinenrads 18 über dessen Umfang verteilt angeordnet sind. Die Leitschaufeln 30, von denen in der 1 lediglich eine der Leitschaufeln 30 erkennbar ist, sind an dem Trägerelement 28 um jeweilige, zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufende Drehachsen relativ zu dem Trägerelement 28 und relativ zu dem Abdeckelement 26 drehbar gelagert. Dabei sind die Leitschaufeln 30 ausschließlich an dem Trägerelement 28 gelagert. Dies bedeutet, dass die Leitschaufeln 30 nicht an dem Abdeckelement 26 gelagert sind.
Das Abdeckelement 26 und das Trägerelement 28 sind in axialer Richtung unter Ausbildung eines Strömungskanals 32 zwischen dem Abdeckelement 26 und dem Trägerelement 28 voneinander beabstandet, wobei zur Sicherung eines definierten Abstandes mindestens ein Abstandshalter, bevorzugt drei Abstandshalter, im Strömungskanal 32 vorgesehen ist. Der Strömungskanal 32 ist fluidisch mit dem Zuführkanal 22 verbunden und mündet in den Aufnahmeraum 16. So kann das den Zuführkanal 22 durchströmende Abgas in den Strömungskanal 32 einströmen und von dem Strömungskanal 32 das Turbinenrad 18 anströmen und dadurch antreiben.
Die Leitschaufeln 30 sind zumindest teilweise in dem Strömungskanal 32 angeordnet, so dass die Leitschaufeln 30, der als Radialturbine ausgebildeten Turbine 12, dass den Strömungskanal 32 durchströmende Abgas ableiten bzw. umlenken. Dadurch kann das Abgas das Turbinenrad 18 in einem strömungsgünstigen Anströmwinkel anströmen und effizient antreiben.
Wie der 1 zu entnehmen ist, ist das zumindest im Wesentlichen ringförmige Trägerelement 28 über ein dünnes Federblech 34 am Turbinengehäuse 14 gehalten bzw. fixiert. Wie durch eine erste gestrichelte Linie 36 und eine zweite gestrichelte Linie 38 angedeutet ist, steht dabei das dünne Federblech 34 mit dem Trägerelement 28 bzw. dem Turbinengehäuse 14 in Wirkverbindung.
Infolge dieser Befestigung des Trägerelements 28, welches in axialer Richtung näher zu dem Lagergehäuse 20 angeordnet ist als das Abdeckelement 26, können Sekundärströmungsverluste infolge von parasitären Abgasströmungen vermieden oder zumindest gering gehalten werden. Dies führt zu einem besonders effizienten und wirkungsgradgünstigen Betrieb des Abgasturboladers 10. Dies bedeutet, dass das Abgas nicht oder nur in sehr geringen Mengen an der Leiteinrichtung 24 und insbesondere an den Leitschaufeln 30 vorbeiströmen und das Turbinenrad 18 ungerichtet anströmen kann. Bei dem Abgasturbolader 10 wird der zumindest überwiegende Teil des Abgases mittels der Leitschaufeln 30 abgeleitet und somit gerichtet dem Turbinenrad 18 zugeführt.
Das Abdeckelement 26 wird auch als Gegenkonturelement oder als Konturelement bezeichnet, da seine dem Turbinenrad 18 zugewandte Außenkontur wenigstens bereichsweise als zumindest im Wesentlichen mit einer Außenkontur des Turbinenrads 18 korrespondierende Gegenkontur (Negativkontur) ausgebildet ist. Das Abdeckelement 26 kann dabei hinsichtlich seiner Außenkontur und/oder seines Werkstoffes und/oder seiner Oberfläche variabel ausgestaltet und hinsichtlich der Vermeidung oder der Minimierung von Sekundärströmungsverlusten bedarfsgerecht ausgestaltet werden.
Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Abgasturboladers 10 gemäß 1. In der 2 ist ein Bereich B gekennzeichnet, in welchem vorzugsweise ein Dichtungselement angeordnet ist. Das einerseits am Turbinengehäuse 14 und andererseits am Trägerelement 28 abgestützte Dichtungselement dient zur Abdichtung des Trägerelements 28 gegen das Turbinengehäuse 14, so dass Sekundärströmungen vermieden werden können. Wie der 2 zu entnehmen ist, ist dabei das Dichtungselement vorzugsweise an einer zumindest im Wesentlichen senkrecht zur radialen Richtung verlaufenden, ersten Fläche 40 des Turbinengehäuses 14 und andererseits an einer zumindest im Wesentlichen senkrecht zur radialen Richtung verlaufenden, zweiten Fläche 42 des Trägerelements 28 abzustützen. Dadurch ist eine besonders effiziente Abdichtung realisiert.
Der Abgasturbolader 10 gem. 2 unterscheidet sich auch dahingehend von dem Abgasturbolader 10 gemäß 1, dass das Abdeckelement 26 eine den Strömungskanal 32 in radialer Richtung einerseits begrenzende, erste Wandung 44 aufweist, welche insbesondere im Bereich der Leitschaufeln 30 ballig ausgebildet ist. Das Trägerelement 28 weist eine den Strömungskanal 32 in radialer Richtung andererseits begrenzende, zweite Wandung 46 auf, welche insbesondere auf Höhe der Leitschaufeln 30 ballig ausgebildet ist. Jeweilige Radien der balligen Wandungen 44, 46 können dabei in Abhängigkeit von der Sehnenlänge der Leitschaufeln 30 ausgestaltet sein. Dadurch können insbesondere Funktionsspalte zwischen dem Abdeckelement 26 und den Leitschaufeln 30 sowie zwischen dem Trägerelement 28 und den Leitschaufeln 30 besonders gering gehalten werden, was dem effizienten Betrieb des Abgasturboladers 10 zugute kommt.
In der 2 sind gestrichelt die nicht-balligen Wandungen 44, 46 des Abdeckelements 26 und des Trägerelements 28 gemäß 1 angedeutet, um den Unterschied zwischen den Abgasturboladern 10 gem. den 1 und 2 zu veranschaulichen.
Die 3 und 4 zeigen eine alternative Ausführungsform des Abgasturboladers 10 gemäß den 1 und 2. In der 3 ist eine Betätigungseinrichtung 48 erkennbar, mittels welcher die Leitschaufeln 30 relativ zu dem Abdeckelement 26 und relativ zu dem Trägerelement 28 um die jeweiligen Drehachsen verdrehbar sind. Die Betätigungseinrichtung 48 umfasst als erstes Betätigungselement eine Verstellwelle 50, welche mit einem zweiten Betätigungselement 52 der Betätigungseinrichtung 48 gekoppelt ist. Die Verstellwelle 50 ist über eine Lagerhülse 54 der Betätigungseinrichtung 48 am Lagergehäuse 20 um eine Drehachse relativ zu dem Lagergehäuse 20 drehbar gelagert.
Wie insbesondere in Zusammenschau mit der 4 erkennbar ist, greift die Verstellwelle 50 in eine Aufnahmeöffnung 56 des zumindest im Wesentlichen ringförmigen Trägerelements 28 ein. Mit anderen Worten ist die Verstellwelle 50 teilweise in der Aufnahmeöffnung 56 des Trägerelements 28 aufgenommen. Dabei liegt eine Außenumfangsmantelfläche 58 der Verstellwelle 50 an einer die Aufnahmeöffnung 56 umfangsseitig begrenzenden Innenumfangsmantelfläche 60 des Trägerelements 28 in Umfangsrichtung an, wodurch das Trägerelement 28 mittels der Verstellwelle 50 gegen eine Relativdrehung zu dem Lagergehäuse 20 sowie zu dem Turbinengehäuse 14 gesichert ist. Mit anderen Worten fungiert die in die Aufnahmeöffnung 56 eingreifende Verstellwelle 50 als Verdrehsicherung für das Trägerelement 28. Dabei ist die Verstellwelle 50 über die Lagerhülse 54 in Umfangsrichtung des Trägerelements 28 am Lagergehäuse 20 fixiert, so dass sich infolge des Eingreifens der Verstellwelle 50 in die Aufnahmeöffnung 56 auch das Trägerelement 28 nicht relativ zum Lagergehäuse 20 sowie nicht relativ zu dem mit dem Lagergehäuse 20 verbundenen Turbinengehäuse 14 verdrehen kann.
Anhand der 4 ist erkennbar, dass die Aufnahmeöffnung 56 für die außenumfangsseitig zumindest im Wesentlichen kreisförmige Verstellwelle 50 in radialer Richtung als Langloch ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist die Aufnahmeöffnung 56 vorliegend oval ausgebildet und weist in radialer Richtung eine größere Erstreckung auf als der Durchmesser der Verstellwelle 50 in dem Bereich der Verstellwelle 50, welcher in die Aufnahmeöffnung 56 hineinragt.
Dadurch ist es möglich, dass sich das Trägerelement 28 insbesondere thermisch bedingt in radialer Richtung ausdehnen und/oder zusammenziehen und somit relativ zur in radialer Richtung festgelegten Verstellwelle 50 bewegen kann, ohne dass es zu Verspannungen zwischen dem Trägerelement 28 und der Verstellwelle 50 kommt. Mit anderen Worten ist eine radiale Relativbewegung des Trägerelements 28 zur Verstellwelle 50 möglich, jedoch eine Relativdrehung des Trägerelements 28 vermieden oder zumindest eingeschränkt.

Claims

Abgasturbolader (10) mit wenigstens einem Lagergehäuse (20), mit einem sich in axialer Richtung an das Lagergehäuse (20) anschließenden und mit dem Lagergehäuse (20) verbundenen Turbinengehäuse (14) und mit einer vom Lagergehäuse (20) und vom Turbinengehäuse (14) separat ausgebildeten Leiteinrichtung (24), welche ein erstes Einsatzelement (26) und ein in axialer Richtung näher als das erste Einsatzelement (26) zu dem Lagergehäuse (20) angeordnetes, zweites Einsatzelement (28) umfasst, die jeweils zumindest teilweise im Turbinengehäuse (14) angeordnet und unter Ausbildung eines Strömungskanals (32) zwischen den Einsatzelementen (26, 28) in axialer Richtung voneinander beabstandet sind, wobei an wenigstens einem der Einsatzelemente (26, 28) Leitschaufeln (30) der Leiteinrichtung (24), mittels welchen den Strömungskanal (32) durchströmendes Abgas ableitbar ist, relativ zu den Einsatzelementen (26, 28) bewegbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Einsatzelement (28) am Turbinengehäuse (14) über ein Federelement (34) gehalten und/oder mittels wenigstens eines Dichtungselements gegen das Turbinengehäuse (14) abgedichtet ist, wobei die Leiteinrichtung (24) ausschließlich über das zweite Einsatzelement (28) am Turbinengehäuse (14) gehalten ist, und wobei das mit dem zweiten Einsatzelement (28) zusammenwirkendes Federelement (34), vorgesehen ist, mittels welchem die Leiteinrichtung (24) über das zweite Einsatzelement (28) am Turbinengehäuse (14) gehalten ist, und wobei die Leitschaufeln (30) ausschließlich am zweiten Einsatzelement (28) gelagert sind.
Abgasturbolader (10), mit wenigstens einem Turbinengehäuse (14) oder Lagergehäuse (20), in welchem zumindest teilweise eine vom Turbinengehäuse (14) oder Lagergehäuse (20) separat ausgebildete Leiteinrichtung (24) angeordnet ist, die zwei Einsatzelemente (26, 28) umfasst, welche unter Ausbildung eines Strömungskanals (32) zwischen den Einsatzelementen (26, 28) in axialer Richtung voneinander beabstandet sind, wobei an wenigstens einem der Einsatzelemente (26, 28) Leitschaufeln (30) der Leiteinrichtung (24), mittels welchen den Strömungskanal (32) durchströmendes Abgas ableitbar ist, relativ zu den Einsatzelementen (26, 28) bewegbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine den Strömungskanal (32) in axialer Richtung begrenzende Wandung (44, 46) zumindest eines der Einsatzelemente (26, 28) wenigstens bereichsweise, den Leitschaufeln (30) benachbart bogenförmig ausgebildet ist.
Abgasturbolader (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (44, 46) den Leitschaufeln (30) benachbart ballig ausgebildet ist.
Abgasturbolader (10), mit wenigstens einem Turbinengehäuse (14) oder Lagergehäuse (20), in welchem zumindest teilweise eine vom Turbinengehäuse (14) oder Lagergehäuse (20) separat ausgebildete Leiteinrichtung (24) angeordnet ist, die zwei Einsatzelemente (26, 28) umfasst, welche unter Ausbildung eines Strömungskanals (32) zwischen den Einsatzelementen (26, 28) in axialer Richtung voneinander beabstandet sind, wobei an wenigstens einem der Einsatzelemente (26, 28) aber ein erstes Betätigungselement des Abgasturboladers (10) in Form einer Verstellwelle (50) ausgebildet ist, mit Hilfe dessen bewegbare Leitschaufeln (30) der Leiteinrichtung (24), mittels welchen den Strömungskanal (32) durchströmendes Abgas ableitbar ist und die relativ zu den Einsatzelementen (26, 28) bewegbar gelagert sind, bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erstes der Einsatzelemente (26, 28) mittels der Verstellwelle (50) gegen eine Relativdrehung zum Turbinengehäuse (14) oder Lagergehäuse (20) in Umfangsrichtung des ersten Einsatzelements (26, 28) gesichert ist.
Abgasturbolader (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellwelle (50) teilweise in einer Aufnahmeöffnung (56) des ersten Einsatzelements (26, 28) aufgenommen ist, wobei die Aufnahmeöffnung (56) in radialer Richtung eine größere Erstreckung aufweist als das Betätigungselement zumindest in dessen in der Aufnahmeöffnung (56) aufgenommenem Bereich.