WO2008055588A1 - Turbolader - Google Patents

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Klaus-Peter DÖRLE
Oliver Schumnig
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Borgwarner Inc.
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a turbocharger according to the preamble of claim 1.
  • the throttle valve mounted behind the compressor of the turbocharger in the air collector.
  • the throttle closes and the compressor of the turbocharger would promote due to its inertia air against a nearly closed volume. This would mean that the compressor would no longer be able to pump continuously and backflows would form. The compressor would pump. The speed of the turbocharger would therefore decrease very quickly.
  • turbochargers can be provided with a recirculation valve (also called a recirculation valve), which opens pressure-controlled from a certain negative pressure via a spring-loaded valve element, a connecting channel, which returns the air to the compressor inlet.
  • a recirculation valve also called a recirculation valve
  • the compressor housing which has a valve flange for the recirculation valve, mainly produced by chill casting or sand casting. Furthermore, it is also known to produce such a valve housing in die casting, but here several moldings must be joined together, since the geometry of the individual moldings is to be chosen so that they can be demoulded in the die casting. However, this increases the design effort and thus the manufacturing cost.
  • Verbhdungskanal the compressor housing which leads from the compressor spiral to the compressor inlet and the flange of the valve flange for the recirculation valve at an angle of large 0 ° to the reference side of the compressor housing, it is possible to use in die casting so-called slide, the can be pulled out of the compressor housing due to the setting of said angle to values of more than 0 ° after the casting process, which makes it possible to the compressor housing of the turbocharger according to the invention cost-effective way to produce in one piece in the die-casting.
  • a compressor housing according to the invention is defined as a self-negotiable object.
  • Fig. 1 is a perspective view of a turbocharger according to the invention for explaining the basic structure thereof;
  • FIG. 2 is a sectional view of the compressor housing according to the invention for a turbocharger according to FIG. 1.
  • turbocharger 1 serves to illustrate the principal components of a turbocharger 1 according to the invention, which, as usual, has a turbine 2 and a compressor 3, which is connected to the turbine 2 via a bearing housing 4.
  • a turbine 2 and a compressor 3 which is connected to the turbine 2 via a bearing housing 4.
  • all other conventional components such as a rotor shaft, the compressor and the turbine wheel are provided, which will not be explained in more detail below, since they are not required for the explanation of the principles of the present invention.
  • FIG. 2 the compressor housing 5 of the compressor 3 is shown in a sectional view.
  • the compressor housing 5 has a reference surface BF, which is arranged perpendicular to the turbocharger axis A L and the coil axially limited to the bearing housing side.
  • the compressor housing 5 has a valve flange 6, on which the recirculation valve explained in the introduction, which in FIG. 2 is not shown in detail, can be fastened.
  • the valve flange 6 has a flange surface 8, in which an inlet opening 10 is arranged, to which a connecting channel 9 connects to the compressor inlet 7.
  • the valve flange 6 has a valve seat 11 for the closing element, not shown, of the recirculation valve.
  • the channel axis A K is arranged at an angle ⁇ to the valve seat.
  • the flange 8 is arranged at an angle ⁇ to the reference surface BF, which, as the angle ß in the illustrated embodiment is greater than 0 ° and preferably formed as an acute angle.
  • the line BF 1 represents a parallel displacement of the reference surface BF in order to be able to represent the position of the angle ⁇ in a simplified manner.
  • valve housing 5 By choosing the angle ⁇ and ß with angular dimensions of more than 0 °, it is possible to produce the valve housing 5 in one piece by die casting, as it is possible by an appropriate choice of the angle ⁇ and ß greater than 0 °, in the range of to be cast compressor housing in which the connecting channel 9 is to arise to arrange a slide, which can be removed from the molded valve housing 5 after the casting process.
  • A inner diameter of the valve opening 10
  • a L ; G distance of the center of the valve opening 10 to the
  • Turbocharger axis A L I distance between the reference side or the reference surface BF and the center of the valve opening 10; V: distance of the intersection of the valve flange axis A VF with the spiral cross-section center to the reference surface BF; R: distance of the inner wall of the inlet nozzle 7 of the

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Turbolader (1) mit einer Turbine (2); und mit einem mit der Turbine (2) über ein Lagergehäuse (4) verbundenen Verdichter (3), der ein Verdichtergehäuse (5) umfasst, das eine Bezugsfläche (BF) senkrecht zu einer Turboladerachse (AL) und einen mit einem Ventilsitz (11) versehenen Ventilflansch (6) für ein Schubumluftventil sowie einen Verbindungskanal (9) zu einem Verdichtereintritt (7) aufweist, wobei der Ventilflansch (6) eine Flanschfläche (8) aufweist, die in einem berechenbaren Winkel (α) zur Bezugsfläche (BF) geneigt angeordnet ist, und wobei der Verbindungskanal (9) eine Kanalachse (Aϰ) aufweist, die in einem berechenbaren Winkel (ß) geneigt angeordnet ist.

Description

Turbolader
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Turbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei aufgeladenen Ottomotoren, bei denen der gattungsgemäße Turbolader zum Einsatz kommen kann, ist die Drosselklappe, mit der die Motorlast vorgegeben wird, hinter dem Verdichter des Turboladers im Luftsammler angebracht. Bei der Gaswegnahme schließt sich die Drosselklappe und der Verdichter des Turboladers würde infolge seiner Massenträgheit Luft gegen ein nahezu geschlossenes Volumen fördern. Dies hätte zur Folge, dass der Verdichter nicht mehr kontinuierlich fördern könnte und sich Rückströmungen bilden würden. Der Verdichter würde pumpen. Die Drehzahl des Turboladers würde daher sehr schnell abnehmen .
Um dies zu verhindern, können Turbolader mit einem Umluftventil (auch Schubumluftventil genannt) versehen werden, das druckgesteuert ab einem bestimmten Unterdruck über ein federbelastetes Ventilelement einen Verbindungskanal öffnet, der die Luft zum Verdichtereintritt zurückführt. Somit ist es möglich, dass die Drehzahl des Tυrboladers auf einem hohen Niveau bleibt und bei einem anschließenden Beschleunigungsvorgang sofort wieder Ladedruck zur Verfugung steht.
Bei bekannten Turboladern mit einem derartigen Umluftventil wird das Verdichtergehause, das einen Ventilflansch für das Umluftventil aufweist, vor allem durch Kokillenguss oder Sandguss hergestellt. Ferner ist es auch bekannt, derartige Ventilgehause im Druckguss herzustellen, wobei hier jedoch mehrere Formteile zusammengefugt werden müssen, da die Geometrie der einzelnen Formteile so zu wählen ist, dass sie im Druckguss entformbar sind. Dies erhöht jedoch den Konstruktionsaufwand und damit die Herstellungskosten.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Turbolader der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, dessen Verdichtergehause auf kostengünstige Art und Weise mittels Druckguss in einem Stuck herstellbar ist.
Die Losung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die Unteranspruche 2 bis 6 haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Dadurch, dass der Verbmdungskanal des Verdichtergehauses, der von der Verdichterspirale zum Verdichtereintritt fuhrt und die Flanschflache des Ventilflansches für das Umluftventil in einem Winkel von großer 0° zur Bezugsseite des Verdichtergehauses angeordnet werden, ist es möglich, bei der Druckgussherstellung sogenannte Schieber zu verwenden, die nach dem Gießvorgang aufgrund der Einstellung der genannten Winkel auf Werte von mehr als 0° aus dem Verdichtergehause herausgezogen werden können, was es möglich macht, das Verdichtergehause des erfindungsgemaßen Turboladers auf kostengünstige Art und Weise im Druckguss in einem Stück herzustellen.
In Anspruch 7 ist ein erfindungsgemäßes Verdichtergehause als selbstständig handelbares Objekt definiert.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Turboladers zur Erläuterung dessen prinzipiellen Aufbaus; und
Fig. 2 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Verdichtergehäuses für einen Turbolader gemäß Fig. 1.
Fig. 1 dient dazu, die prinzipiellen Bauteile eines erfindungsgemäßen Turboladers 1 darzustellen, der wie üblich eine Turbine 2 und einen Verdichter 3 aufweist, der über ein Lagergehäuse 4 mit der Turbine 2 verbunden ist. Natürlich sind auch alle anderen üblichen Bauteile wie eine Läuferwelle, das Verdichterrad und das Turbinenrad vorgesehen, die jedoch nachfolgend nicht näher erläutert werden, da sie für die Erklärung der Prinzipien vorliegender Erfindung nicht erforderlich sind.
In Fig. 2 ist in einer Schnittdarstellung das Verdichtergehäuse 5 des Verdichters 3 dargestellt.
Das Verdichtergehäuse 5 weist eine Bezugsflache BF auf, die senkrecht zur Turboladerachse AL angeordnet ist und die Spirale zur Lagergehäuseseite hin axial begrenzt.
Ferner weist das Verdichtergehäuse 5 einen Ventilflansch 6 auf, an dem das eingangs erläuterte Umluftventil, das in Fig. 2 nicht näher dargestellt ist, befestigbar ist. Der Ventilflansch 6 weist hierfür eine Flanschfläche 8 auf, in der eine Eintrittsöffnung 10 angeordnet ist, an die sich ein Verbindungskanal 9 zum Verdichtereintritt 7 anschließt. Ferner weist der Ventilflansch 6 einen Ventilsitz 11 für das nicht gezeigte Schließelement des Umluftventils auf.
Wie Fig. 2 verdeutlicht, ist die Kanalachse Aκ in einem Winkel ß zum Ventilsitz angeordnet.
Ferner ist die Flanschfläche 8 in einem Winkel α zur Bezugsfläche BF angeordnet, der, wie der Winkel ß bei der dargestellten Ausführungsform größer 0° und vorzugsweise als spitzer Winkel ausgebildet ist. Die Linie BF1 stellt eine Parallelverschiebung der Bezugsfläche BF dar, um die Lage des Winkels α vereinfacht darstellen zu können.
Durch die Wahl der Winkel α und ß mit Winkelmaßen von mehr als 0° ist es möglich, das Ventilgehäuse 5 in einem Stück im Druckguss herzustellen, da es durch eine entsprechende Wahl der Winkel α und ß größer 0° möglich ist, in den Bereich des zu vergießenden Verdichtergehäuses, in dem der Verbindungskanal 9 entstehen soll, einen Schieber anzuordnen, der nach dem Gießvorgang aus dem vergossenen Ventilgehäuse 5 entnommen werden kann.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn ß im Bereich 15-60° und α im Bereich von 0-60° liegen.
Obwohl die Erfindung voranstehend anhand der besonders bevorzugten Ausführungsform gemäß der Fig. 2 erläutert wurde, ist es möglich, die Winkel α und ß in verallgemeinerter Form unter Bezugnahme auf die in Fig. 2 eingezeichneten Größen zu berechnen. Diese sind wie folgt definiert: α: Neigung des Ventilflansches bzw. Stutzens 6; ß: Neigung des Verbindungskanals bzw. Querkanals 9;
A: Innendurchmesser der Ventilöffnung 10;
B: Innendurchmesser eines Umluftventil-Regelkanals 12;
C: Abstand Ventilsitz 11 zur Flanschfläche 8;
D: Innendurchmesser des Verbindungskanals 9;
E: Abstand von Bezugsfläche BF zu dem Schnittpunkt der Achsen
Aκ und AL, welcher durch die Ebene der
Schaufeleintrittskanten des (nicht dargestellten)
Verdichterrades vorgegeben ist; F: Abstand der Spiralquerschnittsmitte zu der Turboladerachse
AL; G: Abstand des Mittelpunktes der Ventilöffnung 10 zu der
Turboladerachse AL I: Abstand zwischen der Bezugsseite bzw. der Bezugsfläche BF und dem Mittelpunkt der Ventilöffnung 10; V: Abstand des Schnittpunkts der Ventilflanschachse AVF mit der Spiralquerschnittsmitte zu der Bezugsfläche BF; R: Abstand der Innenwand des Eintrittsstutzens 7 von der
Turboladerachse AL
Unter Zugrundelegung dieser Größen berechnen sich die Winkel α und ß wie folgt:
α = arctan ( (G-F) /(1-V) )
I- (—sinor) -E ß = arctan [ 1 ]
G + (— •cosα) - R Bezugszeichenliste
1 Turbolader
2 Turbine
3 Verdichter
A Lagergehäuse
5 Verdichtergehäuse
6 Ventilflansch
7 Verdichtereintritt
8 Flanschflächen
9 Verbindungskanal
10 Ventilöffnung
11 Ventilsitz
12 Regelkanal
13 Saugstutzen
14 Ausformkante
BF Bezugsfläche
BF1 Parallelverschiebungen der Bezugsfläche BF
AL Turboladerachse
AK Kanalachse
AVF Ventilflanschachse α, ß Winkel, vorzugsweise 12° bzw. 25"

Claims

Ansprüche
1. Turbolader (1)
mit einer Turbine (2); und mit einem mit der Turbine (2) über ein Lagergehäuse
(4) verbundenen Verdichter (3), der ein Verdichtergehäuse (5) umfasst, das eine Bezugsfläche
(BF) senkrecht zu einer Turboladerachse (AL) und einen mit einem Ventilsitz (11) versehenen Ventilflansch (6) für ein Schubumluftventil sowie einen Verbindungskanal
(9) zu einem Verdichtereintritt (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilflansch (6) eine Flanschfläche (8) aufweist, die in einem Winkel (α) zur Bezugsfläche
(BF) geneigt angeordnet ist, der wie folgt definiert ist: α = arctan ( (G-F) / (I-V) )
worin
F: Abstand der Spiralquerschnittsmitte zu der
Turboladerachse (AL) und G: der Abstand des Mittelpunktes der Ventilöffnung 10 zu der Turboladerachse AL I: der Abstand des Ventilflansches 6 zwischen der
Bezugsseite bzw. der Bezugsfläche BF und dem
Mittelpunkt der Ventilöffnung 10; V: der Abstand des Schnittpunkts der
Ventilflanschachse AVF mit der
Spiralquerschnittsmitte zu der Bezugsfläche BF ist, und
dass der Verbindungskanal (9) eine Kanalachse (Aκ) aufweist, die in einem Winkel (ß) geneigt angeordnet ist, der wie folgt definiert ist: I -(— •sinα) -E
P = arctan [ 1 ]
G+(—cos«)-R
worin:
A: der Innendurchmesser des Ventilflansches (6) ist,
E: die Konturhöhe, gebildet aus Abstand von Bezugsfläche BF zu der Ebene der Schaufeleintrittskanten des Verdichterrades ist;
R: der Abstand der Innenwand des Eintrittsstutzens 7 von der Turboladerachse AList.
2. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel (α, ß) größer 0° sind.
3. Turbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel (α, ß) spitze Winkel sind.
4. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) in einem Bereich von 0° bis 60° und der Winkel (ß) in einem Bereich von 15° bis 60° liegt.
5. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) ungefähr 12° beträgt und der Winkel (ß) ungefähr 25° beträgt.
6. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtergehäuse (5) ein Druckgussgehäuse ist. ichtergehäuse (5) eines Turboladers (1)
mit einer Bezugsflache (BF) senkrecht zu einer
Turboladerachse (AL) ; mit einem Ventilflansch (6) für ein Schubumluftventil; und mit einem Verbindungskanal (9) zu einem
Verdichtereintritt (7), gekennzeichnet durch wenigstens eines der kennzeichnenden Merkmale der
Ansprüche 1 bis 6.
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