DE10231108A1

DE10231108A1 - Abgasturbine für Turbolader

Info

Publication number: DE10231108A1
Application number: DE10231108A
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl.-Ing. Döring; Hans-Dieter Dipl.-Ing. Hensel; Peter Dipl.-Ing. Schick
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2004-01-22
Also published as: US7048503B2; US20050008479A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasturbine für einen Turbolader einer Verbrennungskraftmaschine mit einem einen Einlasskanal 13 aufweisenden Laufrad, das in einem Turbinengehäuse 1 aufgenommen ist, wobei im Außenumfang des Laufrads ein Leitgitter 9 mittels eines Schrittmotors 22 verstellbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasturbine für einen Turbolader einer Verbrennungskraftmaschine mit einem einen Einlasskanal aufweisenden Laufrad, das in einem Turbinengehäuse aufgenommen ist, wobei im Bereich des Außenumfangs des Laufrades ein Leitgitter mittels einer Stellvorrichtung in einen das Laufrad umgebenden Ringraum hinein- und herausschiebbar ist.

Es ist bereits aus der DE 196 45 388 A1 eine Abgasturbine bekannt, bei der ein Leitgitter zwischen einem spiralförmigen Einlasskanal und einem radialen Laufrad axial in einen Ringraum eingerückt werden kann. Hierzu dient ein Axialschieber, der an einer Stirnseite am Leitgitter angeformt ist und gleichzeitig als Deckscheibe für das Leitgitter dient. Er wird über einen radial gerichteten Gleitzapfen axial verstellt, der in einer als Kulisse dienenden axialen Längsnut eines Turbinengehäuses geführt ist. An seiner freien Stirnseite weist das Leitgitter eine zweite Deckscheibe auf, die in einer rückgeschobenen Position des Leitgitters, in der sich das Leitgitter in einem Ringspalt zwischen dem Turbinengehäuse und einer Innenführung des Leitgitters befindet, den Ringspalt abdeckt und verhindert, dass Abgase unkontrolliert über den Ringspalt entweichen. In der ausgefahrenen Position, in der sich das Leitgitter im Ringraum befindet, verschließt der Axialschieber den Ringspalt bis auf ein zum Verstellen notwendiges Spiel.

Aus der DE 100 28 751 A1 ist ferner eine gattungsmäßige Abgasturbine bekannt, deren Leitgitter axial von zwei Deckscheiben begrenzt wird. An einer Deckscheibe ist ein Axialschieber angeformt, der an seinem freien Ende durch axial gerichtete Gleitzapfen in Ausnehmungen einer Kulisse geführt ist. Die Gleitzapfen ragen durch die Kulisse hindurch. Zum Verstellen des Axialschiebers wirkt eine Schiebehülse auf die freien Stirnflächen der Gleitzapfen. In der zurückgeschobenen Position des Leitgitters schließen die Deckscheiben und der sich an der inneren Deckscheibe anschließende Bereich des Axialschiebers den Ringspalt. In der ausgefahrenen Position wird der Ringspalt durch die innere Deckscheibe und den angrenzenden Bereich des Axialschiebers bis auf das zum Verstellen erforderliche Spiel verschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Leitgitter einfacher und präzise über den gesamten Stellbereich exakt zu verstellen.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Stellvorrichtung aus einem Betätigungszylinder besteht, der als elektrisch betreibbarer Aktuator ausgebildet und über ein Verbindungsteil an eine Schiebehülse angeschlossen ist, die im Bereich des Außenumfangs eines zylindrischen, den Auslasskanal koaxial umgebenden Innenteils gelagert und mit dem Gitterring mittel- oder unmittelbar verbunden ist.

Hierdurch wird in vorteilhafter weise eine stufenlose und auch sehr präzise Verstellung ermöglicht und wiederum eine exakte Steuerung der Drehzahl des Motors erreicht.

Hierzu ist es vorteilhaft, dass die Stellvorrichtung als Exzenterantrieb ausgebildet ist, die eingangsseitig mit dem Aktuator und ausgangsseitig mittel- oder unmittelbar mit der Schiebehülse antriebsverbunden ist.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass der Aktuator als elektrisch betriebener Stellmotor ausgebildet ist.

Ferner ist es vorteilhaft, dass der Aktuator eine Kolbenstange aufweist, die mit dem Exzenterantrieb gelenkig verbunden ist, die wiederum mit der Schiebehülse verbunden ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass das Laufrad der Abgasturbine drehbar in einem Turbinengehäuse mit einem spiralförmigen Einlasskanal gelagert ist, an den sich ein das Laufrad umgebender Ringraum anschließt, wobei nahe dem äußeren Umfang des Laufrades in einem axial versetzten Ringspalt zwischen dem Turbinengehäuse und einer Innenführung ein Leitgitter vorzusehen ist, das an seiner dem Ringraum abgewandten Stirnseite mit axial gerichteten Gleitzapfen fest verbunden ist, die durch Bohrungen einer gehäusefesten Kulisse greifen, und das mittels einer Schiebehülse, die auf die Enden der Gleitzapfen wirkt, axial in einen Ringraum geschoben werden kann, wobei das Leitgitter Leitschaufeln zwischen zwei stirnseitigen Deckscheiben aufweist, von denen in einer Position des Leitgitters im Ringraum der Ringspalt von der anderen Deckscheibe geschlossen ist, wobei die Gleitzapfen nach der Montage des Axialschiebers und der Schiebehülse auf der Innenführung mit der Schiebehülse stoffschlüssig verbunden werden. Vorteilhaft ist es auch, dass die zugehörige Stellvorrichtung aus einem Betätigungszylinder besteht, der als elektrisch betreibbarer Aktuator ausgebildet ist und über ein Verbindungsteil an die Schiebehülse angeschlossen ist, die im Bereich des Außenumfangs eines zylindrischen, den Auslasskanal koaxial umgebenden Innenteils gelagert und mit dem Gitterring mittel- oder unmittelbar verbunden ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
1 eine Teilansicht eines Turbinengehäuses einer Gasturbine ohne Laufrad mit einem Leitgitter in zurückgeschobener Position im Schnitt,
2 das Turbinengehäuse der Abgasturbine mit dem Trittmotor in der Ansicht von vorne gemäß 1.
In einem Turbinengehäuse 1 ist ein doppelflutiger, spiralförmiger Einlasskanal 13 vorgesehen, der in einen Ringraum 8 mündet. An diesen schließt sich in radialer Richtung nach innen ein nicht näher dargestelltes radiales Laufrad der Abgasturbine an, durch das die Abgase in einen axial gerichteten Auslasskanal 14 strömen. In einem Ringspalt 3 zwischen dem Turbinengehäuse 1 und einer Innenführung 4 ist ein ringförmiger Axialschieber 2 vorgesehen, der ein Leitgitter 9 mit Leitschaufeln 10 trägt. Die stirnseitigen Enden der Leitschaufeln 10 sind durch Deckscheiben 11 und 12 miteinander verbunden, von denen die innere Deckscheibe 12 mit dem Axialschieber 2 einstöckig ausgebildet ist. Die Deckscheibe 12 bildet mit dem angrenzenden Bereich des Axialschiebers 2 einen im Querschnitt rechteckigen Ring, der im Ringspalt 3 mit einem geringen Spiel geführt ist und verhindert, dass nennenswerte Abgasmengen durch den Ringspalt 3 entweichen, wenn das Leitgitter 9 in eine ausgerückte Position geschoben ist und sich im Ringraum 8 befindet.
In der dargestellten zurückgezogenen Position des Axialschiebers 2 schließt eine dem Ringraum 8 zugewandte Kontur 19 der Deckscheibe 11 mit der Kontur 18 des Einlasskanals 13 bündig ab, so dass die Strömung im befeuerten Betrieb nicht gestört wird. Ferner dichtet die Deckscheibe 11 den Ringspalt 3 zusätzlich ab. Der mit den Leitschaufeln 10 versehene Bereich des Leitgitters 9 entspricht der axialen Erstreckung des Ringraums 8.
Am Ende des Axialschiebers 2, das dem Leitgitter 9 abgewandt ist, sind mehrere auf den Umfang verteilte, axial gerichtete Gleitzapfen 6 angeformt, mit denen der Axialschieber 2 durch entsprechende Ausnehmungen 15 einer Kulisse 7 greift und in dieser quer zur Umfangsrichtung mit Spiel geführt ist. Da an dieser Stelle keine Abdichtung mehr erforderlich ist, kann das Spiel für eine kostengünstige Fertigung reichlich bemessen werden. Außerdem wird dadurch ein Klemmen des Axialschiebers 2 in der Kulisse 7 vermieden, die zweckmäßigerweise integraler Bestandteil der Innenführung 4 ist. Die freien Stirnflächen der Gleitzapfen 6 werden in einer Stoßfuge 16 stoffschlüssig, z. B. durch Hartlöten, Schweißen oder dgl., vorzugsweise durch Laserschweißen, mit einer Schiebehülse 5 verbunden. Dies geschieht zweckmäßigerweise, wenn der Axialschieber 2 und die Schiebehülse 5 auf der Innenführung 4 montiert sind. Dabei werden sie durch einen inneren Zentrierrand 17 zueinander ausgerichtet und gehalten, bis sie fest miteinander verbunden sind. Der Zentrierrand 17 schützt außerdem den zur Stoßfuge 16 radialen inneren Bereich zwischen dem Axialschieber 2 und der Schiebehülse 5 einerseits und der Innenführung 4 andererseits gegenüber Stoffpartikeln, die beim Schweißen an der Stoßfuge 16 austreten könnten.
Die Schiebehülse 5 wird nach Bedarf in Verstellrichtung 21 von der dargestellten zurückgezogenen Position in eine ausgerückte Position verstellt, in der sich das Leitgitter 9 im Ringraum 8 befindet. In dieser Position befindet sich die Deckscheibe 11 in einer Ausnehmung 20 und schließt zu den Leitschaufeln 10 hin etwa bündig mit der Kontur 18 des Einlasskanals 13 ab, so dass die Deckscheibe 11 die Strömung durch den Ringraum 8 nicht stört und die Abgase ausschließlich durch die Leitschaufeln 10 umgelenkt werden, die die axiale Erstreckung 16 des Ringraums 8 vollständig überdecken.
In der Zeichnung ist in 2 die Abgasturbine für Turbolader in der Ansicht von vorne dargestellt und zeigt den Einlasskanal 13 mit einem zugehörigen Eintrittshals 25, der mit dem Auslasskanal 14 verbunden ist. Im oberen Bereich des Turbinengehäuses 1 befindet sich ein Stellzylinder 26. An dem Turbinengehäuse 1 sind zumindest zwei Abschirmbleche 28 und 29 mittels Schraubenbolzen 30 und 31 befestigt.
Die in 1 mit 5 gekennzeichnete Schiebehülse ist mittel- oder unmittelbar an ein in der Zeichnung nicht weiter dargestelltes Stellteil einer Stellvorrichtung bzw. eines Exzenterantriebs 23 (2) angeschlossen. Der Exzenterantrieb 23 steht über eine Kurbel 35 mit einer Kolbenstange 36 des Aktuators bzw. des Schrittmotors 22 in Antriebsverbindung. Der Exzenterantrieb 23 kann beispielsweise über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Nocken mit der Schiebehülse 5 und somit mit dem Leitgitter 9 mittelbar verbunden sein, so dass die in 1 dargestellte Leitschaufel 10 beispielsweise aus der ausgerückten in eine in der Zeichnung nicht dargestellte eingerückte Stellung verschoben werden kann, in der das Leitgitter 9 in den Ringraum 8 hineinragt. Mittels des Schrittmotors 22 ist eine sehr exakte Steuerung bzw. Verstellung des Leitgitters 9 möglich.

Claims

Abgasturbine für einen Turbolader einer Verbrennungskraftmachine mit einem einen Einlasskanal (13) aufweisenden Laufrad, das in einem Turbinengehäuse aufgenommen ist, wobei im Bereich des Außenumfangs des Laufrads ein Leitgitter (9) mittels einer Stellvorrichtung (21) in einen das Laufrad umgebenden Ringraum hinein- und herausschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtung (21) aus einem Aktuator (22) besteht, der als elektrisch betreibbarer Aktuator (22) ausgebildet und über ein Verbindungsteil an eine Schiebehülse (5) mittel- oder unmittelbar angeschlossen ist, die im Bereich des Außenumfangs eines zylindrischen, den Auslasskanal (14) koaxial umgebenden Innenteils (4) gelagert und mit dem Leitgitter (9) mittel- oder unmittelbar verbunden ist.
Abgasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtung (23) als Exzenterantrieb ausgebildet ist, die eingangsseitig mit dem Aktuator (22) und ausgangsseitig mittel- oder unmittelbar mit der Schiebehülse (5) antriebsverbunden ist.
Abgasturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (22) als elektrisch betriebener Schrittmotor ausgebildet ist.
Abgasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (22) eine Kolbenstange (24) aufweist, die mit dem Exzenterantrieb (23) gelenkig verbunden ist, die wiederum mit der Schiebehülse (5) verbunden ist.
Abgasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass deren Laufrad drehbar in einem Turbinengehäuse (1) mit einem spiralförmigen Einlasskanal (13) gelagert ist, an den sich ein das Laufrad umgebender Ringraum (8) anschließt, wobei nahe dem äußeren Umfang des Laufrads in einem axial versetzten Ringspalt (3) zwischen dem Turbinengehäuse und einer Innenführung ein Leitgitter (9) vorzusehen ist, das an seiner dem Ringraum abgewandten Stirnseite mit axial gerichteten Gleitzapfen fest verbunden ist, die durch Bohrungen einer gehäusefesten Kulisse greifen und das mittels einer Schiebehülse, die auf die Enden der Gleitzapfen wirkt, axial in einen Ringraum geschoben werden kann, wobei das Leitgitter Leitschaufenl (10) zwischen zwei stirnseitigen Deckscheiben aufweist, von denen in einer Position des Leitgitters im Ringraum der Ringspalt von der anderen Deckscheibe geschlossen ist, und dass die Gleitzapfen (6) nach der Montage des Axialschiebers (2) und der Schiebehülse (5) auf der Innenführung (4) mit der Schiebehülse (5) stoffschlüssig verbunden werden, wobei die zugehörige Stellvorrichtung aus einem Betätigungszylinder besteht, der als elektrisch betreibbarer Aktuator (22) ausgebildet ist