WO2009135570A1 - Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine and method for operating an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine and method for operating an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine Download PDF

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WO2009135570A1
WO2009135570A1 PCT/EP2009/002249 EP2009002249W WO2009135570A1 WO 2009135570 A1 WO2009135570 A1 WO 2009135570A1 EP 2009002249 W EP2009002249 W EP 2009002249W WO 2009135570 A1 WO2009135570 A1 WO 2009135570A1
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WO
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exhaust gas
gas turbocharger
turbine
housing
internal combustion
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/002249
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Inventor
Christian Martin Erdmann
Jan Peter Heinemann
Michal Klusacek
Martin Schlegl
Original Assignee
Daimler Ag
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D3/00—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
    • F01D3/04—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid axial thrust being compensated by thrust-balancing dummy piston or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers

Definitions

  • Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine and method for operating an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine
  • the invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine of a motor vehicle specified in the preamble of claim 1. Art and a method for operating an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine specified in the preamble of claim 11 Art.
  • Such an exhaust gas turbocharger is already known from motor vehicle serial production and comprises a compressor housing which can be arranged in an exhaust tract of the internal combustion engine, and a power tool, which in turn has a compressor wheel arranged inside the compressor housing and a turbine housing disposed within the turbine housing and via a compressor housing Shaft rotationally fixed with the compressor wheel coupled turbine wheel.
  • the compressor takes over the suction and compression of fresh air and promotes the pre-compressed fresh air flow to the engine.
  • the internal combustion engine is more oxygen for combustion of a correspondingly larger amount of fuel available.
  • the driving power of the compressor wheel is supplied by the turbine wheel, which is driven by the exhaust gases of the internal combustion engine.
  • the sealing of the individual housing parts of the exhaust gas turbocharger against each other is usually accomplished by radial shaft seals, wherein in the region of the turbine additionally a heat shield to reduce the thermal load of the shaft or the compressor side of the exhaust gas turbocharger is arranged.
  • a disadvantage of the known exhaust gas turbochargers is the fact that they are designed under high cost pressure and therefore normally can not be optimally designed in terms of their aerodynamic and mechanical properties.
  • Significant problems relate in particular to ensuring the correct axial positioning of the turbine during operation, to keep the lubricant loss occurring on the turbine side of the exhaust gas turbocharger low and to ensure the highest possible efficiency of the internal combustion engine can.
  • Object of the present invention is therefore to provide an exhaust gas turbocharger of the aforementioned type and a method for operating an exhaust gas turbocharger, which allow improved axial positioning of the turbine wheel.
  • An exhaust-gas turbocharger which enables improved axial positioning of the turbine wheel, is inventively provided in that a gas supply line is provided, by means of which gas can be fed to the turbine wheel for at least indirectly acting on its turbine wheel back.
  • the Turbinenraroad by means of the gas supplied through the gas supply line indirectly or directly act upon a force acting against a force acting through the exhaust gas flow to the turbine wheel actuating force, whereby a permanently reliable axial positioning of the Turbine wheel is ensured during operation of the exhaust gas turbocharger.
  • the thus induced optimized rotor dynamics of the rotor leads to an increase in the efficiency of the exhaust gas turbocharger and thereby enables a corresponding reduction in the fuel consumption of the internal combustion engine.
  • the exhaust gas turbocharger according to the invention thus has a significantly increased quality and a significantly extended life.
  • the gas supply line preferably downstream of the compressor wheel, opens into the compressor housing.
  • the fresh air delivered by the compressor side of the exhaust-gas turbocharger can advantageously be used as gas for acting on the turbine wheel back.
  • this is advantageous to a achieved speed-dependent application of the Turbinenrainsta, so that higher exhaust gas pressures can be automatically compensated by correspondingly increased fresh air pressures.
  • the turbine wheel is thus reliable and independent of the respective operating state of the exhaust gas turbocharger in a defined axial position relative to the turbine housing.
  • the gas supply line can also be structurally particularly simple and inexpensive formed by their easy integration into the housing of the exhaust gas turbocharger.
  • the gas supply line in the region of the turbine wheel back comprises a gas receiving space.
  • At least one sealing element is provided, by means of which the gas supply line is to be sealed.
  • the gas supply line is to be sealed.
  • two or more sealing elements can be provided. Due to the relative position of a plurality of sealing elements to each other while the exercisable by the gas actuating force can be adjusted to the turbine wheel.
  • the sealing element is formed separately or integrally with an associated component of the exhaust gas turbocharger.
  • the sealing element comprises at least one labyrinth seal.
  • the labyrinth seal With the help of the labyrinth seal, a contact and thus wear-free sealing of the gas supply line can be ensured even under extreme operating conditions such as high speeds, pressures or temperatures.
  • the labyrinth seal being arranged radially and / or axially with respect to the shaft. This allows an optimal adaptation of the labyrinth seal to the respective geometric conditions, wherein advantageously the required sealing of the gas supply line is ensured even with an axial displacement of the turbine wheel.
  • a structurally particularly flexible possibility for sealing the gas supply line is made possible in a further advantageous embodiment of the invention in that the sealing element is arranged on the compressor housing and / or on the turbine housing and / or on a bearing housing and / or on the shaft and / or on the turbine wheel.
  • the gas accommodating space of the gas supply line being formed by the turbine housing and / or the bearing housing and / or the turbine wheel back.
  • the gas receiving space can be made structurally particularly simple and cost-saving.
  • a controlled or regulated gas supply is made possible in a further embodiment of the invention in that a valve element is provided, by means of which a flow cross-section of the gas supply line is variable.
  • a valve element allows an easily adaptable to the respective operating state of the exhaust gas turbocharger supply of the gas and an associated adjustable actuation of the Turbinenradozenss.
  • valve element can be coupled to a control device, in particular a motor control device, of the motor vehicle and is designed to change the flow cross section as a function of control signals of the control device.
  • Another aspect of the invention relates to a method for operating an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein an improved axial positioning of the turbine wheel according to the invention is made possible by the gas supplied to the turbine by means of a Gaszu111 Gustav gas and the Turbinenra2020 is at least indirectly acted upon by the gas.
  • This makes it possible to act on the turbine wheel with a restoring force which counteracts the force acting on the turbine wheel by the exhaust gas flow.
  • a permanently reliable axial positioning of the turbine wheel during operation of the exhaust gas turbocharger is ensured.
  • FIG. 1 is a schematic side sectional view of an exhaust gas turbocharger according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic and partial sectional view of the exhaust-gas turbocharger shown in FIG. 1 along the sectional plane H-II;
  • FIG. 3 is a schematic side sectional view of an exhaust gas turbocharger according to a second embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic and partial sectional view of the exhaust-gas turbocharger shown in FIG. 3 along the sectional plane IV-IV;
  • Fig. 5 is a schematic and partially sectioned perspective view of a
  • Fig. 6 is a schematic and sectional perspective view of a
  • Fig. 7 is a schematic and partially sectioned perspective view of a
  • Turbine wheel of the exhaust gas turbocharger according to the second embodiment.
  • the exhaust gas turbocharger comprises a in an intake tract of the internal combustion engine Anordertable compressor housing 10, an arranged in an exhaust tract of the engine turbine housing 12 and a rotor tool 14, which in turn comprises a disposed within the compressor housing 10 compressor 16 and disposed within the turbine housing 12 and a shaft 18 rotatably coupled to the compressor 16 turbine wheel 20 comprises.
  • the shaft 18 is mounted in a bearing housing 22, via which the compressor housing 10 and the turbine housing 12 are coupled together.
  • the compressor housing 10 and the compressor wheel 16 form the so-called compressor, the turbine housing 12 and the turbine wheel 20, the so-called turbine of the exhaust gas turbocharger, wherein the turbine housing 12 in the illustrated embodiment comprises two asymmetrically formed spiral channels 23a, 23b.
  • the exhaust gas turbocharger can of course also comprise a different number of housing parts, wherein a compressor and a turbine are always formed.
  • the turbine housing 12 may have a different number of spiral channels 23 or differently shaped spiral channels 23.
  • Fig. 1 will be explained below in conjunction with Fig. 2, which shows a schematic and fragmentary sectional view of the exhaust gas turbocharger along the sectional plane M-II.
  • the bearing housing 22 according to arrow I supplied lubricant.
  • a defined and reliable axial positioning of the turbine wheel 20 relative to the turbine housing 12 is required.
  • the exhaust gas turbocharger comprises two gas supply lines 24a, 24b, by means of which the turbine wheel 20 at least during operation of the exhaust gas turbocharger gas for at least indirectly applying its turbine wheel back 26 can be supplied.
  • the gas supply lines 24a, 24b open into the compressor housing 10 downstream of the compressor wheel 16 so that compressed fresh air is forced into the gas supply lines 24a, 24b according to the arrows IIa, IIb and used to pressurize the turbine wheel back 26.
  • the turbine wheel 20 is acted upon by a positioning force which counteracts a force acting on the turbine wheel 20 by the exhaust gas flow, so that a permanently reliable axial positioning of the turbine wheel 20 is ensured during operation of the exhaust gas turbocharger. This optimizes the efficiency of the exhaust gas turbocharger and thereby enables a significant reduction in the fuel consumption of the internal combustion engine.
  • the gas supply lines 24a, 24b can be advantageously dispensed with previously required radial shaft seals and the like, whereby the friction losses of the power tool 14 are significantly reduced.
  • the shaft 18 and the turbine 20 are cooled by the fresh air, so that can be dispensed with additional heat shields. Due to the defined in each operating state positioning of the turbine wheel 20, the response of the exhaust gas turbocharger and thus the agility of the internal combustion engine is noticeably increased, whereby correspondingly improved performance are possible.
  • the gas supply lines 24a, 24b comprise, in the area of the turbine wheel back 26, a common gas receiving space 28 with an increased volume, by means of which pressure differences occurring during operation of the supplied gas can be leveled and smoothed. Furthermore, an additional improved cooling of the turbine wheel 20 and the shaft 18 is given by the increased gas volume.
  • a sealing element 30 (see Fig. 5) is provided, by means of which the gas supply lines 24a, 24b are sealed in the region of the turbine wheel 20.
  • the sealing element 30 is designed in the present embodiment as a separate component and rotatably connected to the shaft 18 in the region of the turbine wheel back 26.
  • the sealing element 30 has two labyrinth seals 32a, 32b, by which a contact and wear-free sealing of the gas supply line 24a, 24b and the gas receiving space 28 under extreme operating conditions such as high Speeds, pressures or temperatures is ensured.
  • the walls of the gas accommodating space 28 are thus formed by the sealing element 30 and by wall regions of the turbine housing 12 and the bearing housing 22.
  • the labyrinth seals 32a, 32b are arranged radially relative to the shaft 18, so that the required sealing performance is ensured even with axial movements of the power tool 14 relative to the individual housing parts of the exhaust gas turbocharger.
  • the relative position of the labyrinth seals 32a, 32b can influence the gas pressure exerted on the turbine wheel back 26 by means of the supplied gas.
  • a valve element (not shown) can furthermore be provided, by means of which a flow cross-section of at least one of the gas supply lines 24a, 24b can be changed.
  • the valve element may additionally be provided with a control device, in particular a motor control device, of Be coupled motor vehicle and operated, for example clocked to change the flow cross section and thus the gas pressure in dependence on the operating state of the internal combustion engine.
  • FIG. 3 shows a schematic side sectional view of an exhaust gas turbocharger according to a second exemplary embodiment and will be explained below in conjunction with FIG. 4, FIG. 4 showing a schematic and partial sectional view of the exhaust gas turbocharger along the section plane IV-IV.
  • the basic structural design of the exhaust gas turbocharger is already known from the foregoing description.
  • the sealing element 30 is formed integrally with the turbine wheel 20.
  • the labyrinth seal 32a is arranged axially with respect to the shaft 18 and comprises mutually corresponding partial seals, which are arranged opposite one another on the bearing housing 22 and on the turbine wheel 20 or on the turbine wheel back 26 thereof.
  • the walls of the gas accommodating space 28 of the gas supply lines 24a, 24b are thus formed in the present embodiment by the Turbinenracreme 26 and by wall portions of the turbine housing 12 and the bearing housing 22.
  • the Turbinenranuit 26 is therefore applied directly to fresh air in contrast to the first embodiment.
  • FIG. 5 shows a schematic and partially sectioned perspective view of the sealing element 30 of the exhaust gas turbocharger designed as a separate component according to the first exemplary embodiment.
  • the radially arranged labyrinth seals 32a, 32b can be seen.
  • Fig. 6 shows a schematic and sectional perspective view of the bearing housing 22 of the exhaust gas turbocharger according to the second embodiment.
  • a storage area 34 for the shaft 18, especially the gas receiving space 28 can be seen.
  • FIG. 7 shows a schematic and partially sectioned perspective view of the turbine wheel 20 of the exhaust gas turbocharger according to the second exemplary embodiment.
  • the shaft 18 axially arranged labyrinth seal 32a and the radially arranged labyrinth seal 32b of the sealing element 30 can be seen.

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Abstract

The invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, comprising a compressor housing (10) that can be disposed in an intake tract of the internal combustion engine, a turbine housing (12) that can be disposed in an exhaust gas tract of the internal combustion engine and a rotor assembly (14) comprising a compressor impeller (16) disposed inside the compressor housing (10) and a turbine impeller (20) disposed inside the turbine housing (12), said turbine impeller being rigidly coupled to the compressor impeller (16) by way of a shaft (18), wherein a gas feed line (24a, 24b) is provided for feeding gas to the turbine impeller (20) for at least indirectly impinging the back (26) of said turbine impeller. The invention further relates to a method for operating an exhaust gas turbocharger.

Description

Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine and method for operating an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 11 angegebenen Art.The invention relates to an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine of a motor vehicle specified in the preamble of claim 1. Art and a method for operating an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine specified in the preamble of claim 11 Art.
Ein derartiger Abgasturbolader ist dabei bereits aus dem Kraftfahrzeugserienbau bekannt und umfasst ein in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine anordenbares Verdichtergehäuse, ein in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine anordenbares Turbinengehäuse sowie ein Laufzeug, welches seinerseits ein innerhalb des Verdichtergehäuses angeordnetes Verdichterrad und ein innerhalb des Turbinengehäuses angeordnetes und über eine Welle drehfest mit dem Verdichterrad gekoppeltes Turbinenrad aufweist. Das Verdichterrad übernimmt dabei das Ansaugen und Verdichten von Frischluft und fördert den vorverdichteten Frischluftstrom weiter zur Brennkraftmaschine. Auf diese Weise steht der Brennkraftmaschine mehr Sauerstoff zur Verbrennung einer entsprechend größeren Kraftstoffmenge zur Verfügung. Die Antriebsleistung des Verdichterrads wird durch das Turbinenrad geliefert, welches durch die Abgase der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Abdichtung der einzelnen Gehäuseteile des Abgasturboladers gegeneinander wird üblicherweise durch Radialwellendichtungen bewerkstelligt, wobei im Bereich des Turbinenrads zusätzlich ein Hitzeschutzblech zur Verringerung der thermischen Belastung der Welle bzw. der Verdichterseite des Abgasturboladers angeordnet ist.Such an exhaust gas turbocharger is already known from motor vehicle serial production and comprises a compressor housing which can be arranged in an exhaust tract of the internal combustion engine, and a power tool, which in turn has a compressor wheel arranged inside the compressor housing and a turbine housing disposed within the turbine housing and via a compressor housing Shaft rotationally fixed with the compressor wheel coupled turbine wheel. The compressor takes over the suction and compression of fresh air and promotes the pre-compressed fresh air flow to the engine. In this way, the internal combustion engine is more oxygen for combustion of a correspondingly larger amount of fuel available. The driving power of the compressor wheel is supplied by the turbine wheel, which is driven by the exhaust gases of the internal combustion engine. The sealing of the individual housing parts of the exhaust gas turbocharger against each other is usually accomplished by radial shaft seals, wherein in the region of the turbine additionally a heat shield to reduce the thermal load of the shaft or the compressor side of the exhaust gas turbocharger is arranged.
Als nachteilig an den bekannten Abgasturboladern ist dabei der Umstand anzusehen, dass diese unter hohem Kostendruck entworfen sind und daher normalerweise nicht optimal hinsichtlich ihrer aerodynamischen und mechanischen Eigenschaften ausgelegt werden können. Wesentliche Probleme betreffen hierbei insbesondere Sicherstellung der korrekten axialen Positionierung des Turbinenrads während des Betriebs, um den über die Turbinenseite des Abgasturboladers auftretenden Schmiermittelverlust gering zu halten und einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine sicherstellen zu können.A disadvantage of the known exhaust gas turbochargers is the fact that they are designed under high cost pressure and therefore normally can not be optimally designed in terms of their aerodynamic and mechanical properties. Significant problems relate in particular to ensuring the correct axial positioning of the turbine during operation, to keep the lubricant loss occurring on the turbine side of the exhaust gas turbocharger low and to ensure the highest possible efficiency of the internal combustion engine can.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Abgasturbolader der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers zu schaffen, welche eine verbesserte axiale Positionierung des Turbinenrads ermöglichen.Object of the present invention is therefore to provide an exhaust gas turbocharger of the aforementioned type and a method for operating an exhaust gas turbocharger, which allow improved axial positioning of the turbine wheel.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, wobei die vorteilhaften Ausgestaltungen sowie deren Vorteile - soweit anwendbar - entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren gelten.The object is achieved by an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine of a motor vehicle having the features of patent claim 1 and by a method for operating an exhaust gas turbocharger with the features of claim 11. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the subclaims, wherein the advantageous embodiments and their advantages - where applicable - apply correspondingly to the method according to the invention.
Ein Abgasturbolader, welcher eine verbesserte axiale Positionierung des Turbinenrads ermöglicht, ist erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass eine Gaszuführleitung vorgesehen ist, mittels welcher dem Turbinenrad Gas zum zumindest mittelbaren Beaufschlagen seines Turbinenradrückens zuführbar ist. Mit anderen Worten ist es im Unterschied zum Stand der Technik vorgesehen, den Turbinenradrücken mittels des durch die Gaszuführleitung zuführbaren Gases mittelbar oder unmittelbar mit einer Stellkraft zu beaufschlagen, die einer durch den Abgasstrom auf das Turbinenrad wirkenden Stellkraft entgegenwirkt, wodurch eine dauerhaft zuverlässige axiale Positionierung des Turbinenrads während des Betriebs des Abgasturboladers sichergestellt ist. Die somit herbeigeführte optimierte Rotordynamik des Laufzeugs führt zu einer Steigerung des Wirkungsgrads des Abgasturboladers und ermöglicht dadurch eine entsprechende Senkung des Kraftstoffbedarfs der Brennkraftmaschine. Der erfindungsgemäße Abgasturbolader besitzt somit eine deutlich gesteigerte Qualität sowie eine signifikant verlängerte Lebensdauer.An exhaust-gas turbocharger, which enables improved axial positioning of the turbine wheel, is inventively provided in that a gas supply line is provided, by means of which gas can be fed to the turbine wheel for at least indirectly acting on its turbine wheel back. In other words, it is provided in contrast to the prior art, the Turbinenradrücken by means of the gas supplied through the gas supply line indirectly or directly act upon a force acting against a force acting through the exhaust gas flow to the turbine wheel actuating force, whereby a permanently reliable axial positioning of the Turbine wheel is ensured during operation of the exhaust gas turbocharger. The thus induced optimized rotor dynamics of the rotor leads to an increase in the efficiency of the exhaust gas turbocharger and thereby enables a corresponding reduction in the fuel consumption of the internal combustion engine. The exhaust gas turbocharger according to the invention thus has a significantly increased quality and a significantly extended life.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gaszuführleitung, vorzugsweise stromab des Verdichterrads, in das Verdichtergehäuse mündet. Auf diese Weise kann vorteilhaft die von der Verdichterseite des Abgasturboladers geförderte Frischluft als Gas zum Beaufschlagen des Turbinenradrückens verwendet werden. Zudem wird hierdurch vorteilhaft eine drehzahlabhängige Beaufschlagung des Turbinenradrückens erzielt, so dass höhere Abgasdrücke automatisch durch entsprechend erhöhte Frischluftdrücke kompensiert werden können. Das Turbinenrad befindet sich somit betriebssicher und unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand des Abgasturboladers in einer definierten axialen Position gegenüber dem Turbinengehäuse. Die Gaszuführleitung kann zudem durch ihre einfache Integrierbarkeit in das Gehäuse des Abgasturboladers konstruktiv besonders einfach und kostengünstig ausgebildet werden.In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the gas supply line, preferably downstream of the compressor wheel, opens into the compressor housing. In this way, the fresh air delivered by the compressor side of the exhaust-gas turbocharger can advantageously be used as gas for acting on the turbine wheel back. In addition, this is advantageous to a achieved speed-dependent application of the Turbinenradrücken, so that higher exhaust gas pressures can be automatically compensated by correspondingly increased fresh air pressures. The turbine wheel is thus reliable and independent of the respective operating state of the exhaust gas turbocharger in a defined axial position relative to the turbine housing. The gas supply line can also be structurally particularly simple and inexpensive formed by their easy integration into the housing of the exhaust gas turbocharger.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Gaszuführleitung im Bereich des Turbinenradrückens einen Gasaufnahmeraum umfasst. Durch einen derartigen Gasaufnahmeraum können während des Betriebs auftretende Druckdifferenzen des durch die Gaszuführleitung zugeführten Gases vorteilhaft nivelliert und geglättet werden. Weiterhin ist durch das erhöhte Gasvolumen eine zusätzlich verbesserte Kühlleistung des Turbinenrads und der Welle gegeben.Further advantages result in that the gas supply line in the region of the turbine wheel back comprises a gas receiving space. Through such a gas receiving space occurring during operation pressure differences of the gas supplied through the gas supply gas can be advantageously leveled and smoothed. Furthermore, given by the increased gas volume, an additionally improved cooling capacity of the turbine wheel and the shaft.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Dichtelement vorgesehen, mittels welchem die Gaszuführleitung abzudichten ist. Hierdurch können unerwünschte Gasübergänge aus der Gaszuführungsleitung zuverlässig verhindert und der jeweilige, zum Beaufschlagen des Turbinenradrückens erforderliche Gasdruck zuverlässig bereitgestellt werden. Bei Bedarf können natürlich auch zwei oder mehr Dichtelemente vorgesehen sein. Durch die relative Lage mehrerer Dichtelemente zueinander kann dabei die durch das Gas ausübbare Stellkraft auf das Turbinenrad angepasst werden. Dabei kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass das Dichtelement separat oder einstückig mit einem zugeordneten Bauteil des Abgasturboladers ausgebildet ist.In a further advantageous embodiment of the invention, at least one sealing element is provided, by means of which the gas supply line is to be sealed. As a result, undesired gas transitions from the gas supply line can be reliably prevented and the respective gas pressure required to pressurize the turbine wheel back can be reliably provided. Of course, if necessary, two or more sealing elements can be provided. Due to the relative position of a plurality of sealing elements to each other while the exercisable by the gas actuating force can be adjusted to the turbine wheel. It can basically be provided that the sealing element is formed separately or integrally with an associated component of the exhaust gas turbocharger.
Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, dass das Dichtelement wenigstens eine Labyrinthdichtung umfasst. Mit Hilfe der Labyrinthdichtung kann eine berührungs- und damit verschleißfreie Abdichtung der Gaszuführleitung auch unter extremen Betriebsbedingungen wie beispielsweise hohen Drehzahlen, Drücken oder Temperaturen sichergestellt werden.In this case, it has proven to be advantageous in a further embodiment that the sealing element comprises at least one labyrinth seal. With the help of the labyrinth seal, a contact and thus wear-free sealing of the gas supply line can be ensured even under extreme operating conditions such as high speeds, pressures or temperatures.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Labyrinthdichtung bezüglich der Welle radial und/oder axial angeordnet ist. Dies erlaubt eine optimale Anpassung der Labyrinthdichtung an die jeweiligen geometrischen Gegebenheiten, wobei vorteilhafterweise die geforderte Abdichtung der Gaszuführungsleitung auch bei einer axialen Verschiebung des Turbinenrads sichergestellt ist. Eine konstruktiv besonders flexible Möglichkeit zur Abdichtung der Gaszuführleitung ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch ermöglicht, dass das Dichtelement am Verdichtergehäuse und/oder am Turbinengehäuse und/oder an einem Lagergehäuse und/oder an der Welle und/oder am Turbinenrad angeordnet ist.Further advantages result from the labyrinth seal being arranged radially and / or axially with respect to the shaft. This allows an optimal adaptation of the labyrinth seal to the respective geometric conditions, wherein advantageously the required sealing of the gas supply line is ensured even with an axial displacement of the turbine wheel. A structurally particularly flexible possibility for sealing the gas supply line is made possible in a further advantageous embodiment of the invention in that the sealing element is arranged on the compressor housing and / or on the turbine housing and / or on a bearing housing and / or on the shaft and / or on the turbine wheel.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem zumindest Wandbereiche des Gasaufnahmeraums der Gaszuführleitung durch das Turbinengehäuse und/oder das Lagergehäuse und/oder den Turbinenradrücken gebildet sind. Hierdurch kann der Gasaufnahmeraum konstruktiv besonders einfach und kostensparend ausgebildet werden.Further advantages result from at least wall regions of the gas accommodating space of the gas supply line being formed by the turbine housing and / or the bearing housing and / or the turbine wheel back. As a result, the gas receiving space can be made structurally particularly simple and cost-saving.
Eine gesteuerte bzw. geregelte Gaszufuhr ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch ermöglicht, dass ein Ventilelement vorgesehen ist, mittels welchem ein Strömungsquerschnitt der Gaszuführleitung veränderbar ist. Ein derartiges Ventilelement erlaubt eine einfach an den jeweiligen Betriebszustand des Abgasturboladers anpassbare Zuführung des Gases und eine damit verbundene einstellbare Beaufschlagung des Turbinenradrückens.A controlled or regulated gas supply is made possible in a further embodiment of the invention in that a valve element is provided, by means of which a flow cross-section of the gas supply line is variable. Such a valve element allows an easily adaptable to the respective operating state of the exhaust gas turbocharger supply of the gas and an associated adjustable actuation of the Turbinenradrückens.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventilelement mit einer Steuereinrichtung, insbesondere einer Motorsteuereinrichtung, des Kraftfahrzeugs koppelbar ist und ausgebildet ist, den Strömungsquerschnitt in Abhängigkeit von Steuersignalen der Steuereinrichtung zu verändern. Hierdurch ist eine optimal an den jeweiligen Betriebszustand des Abgasturboladers bzw. der zugeordneten Brennkraftmaschine anpassbare Zuführung des Gases ermöglicht, wodurch die zum Beaufschlagen des Turbinenradrückens erforderlichen Druckverhältnisse besonders exakt eingestellt werden können.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the valve element can be coupled to a control device, in particular a motor control device, of the motor vehicle and is designed to change the flow cross section as a function of control signals of the control device. As a result, an optimally adaptable to the respective operating state of the exhaust gas turbocharger or the associated internal combustion engine supply of the gas is possible, whereby the pressure conditions required to act on the Turbinenradrückens can be set very precisely.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei eine verbesserte axiale Positionierung des Turbinenrads erfindungsgemäß dadurch ermöglicht wird, dass dem Turbinenrad mittels einer Gaszuführleitung Gas zugeführt und dessen Turbinenradrücken zumindest mittelbar mit dem Gas beaufschlagt wird. Hierdurch ist es möglich, das Turbinenrad mit einer Stellkraft zu beaufschlagen, welche dem durch den Abgasstrom auf das Turbinenrad wirkenden Stellkraft entgegenwirkt. Auf diese Weise wird eine dauerhaft zuverlässige axiale Positionierung des Turbinenrads während des Betriebs des Abgasturboladers sicherstellt. Weitere Vorteile sind bereits den vorhergehenden Beschreibungen zu entnehmen. Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader vorgestellten Ausführungsformen und Weiterbildungen sowie deren Vorteile gelten - soweit anwendbar - entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.Another aspect of the invention relates to a method for operating an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein an improved axial positioning of the turbine wheel according to the invention is made possible by the gas supplied to the turbine by means of a Gaszuführleitung gas and the Turbinenradrücken is at least indirectly acted upon by the gas. This makes it possible to act on the turbine wheel with a restoring force which counteracts the force acting on the turbine wheel by the exhaust gas flow. In this way, a permanently reliable axial positioning of the turbine wheel during operation of the exhaust gas turbocharger is ensured. Further advantages can already be found in the previous descriptions. The presented in connection with the exhaust gas turbocharger embodiments of the invention and Further developments and their advantages apply - as far as applicable - according to the inventive method.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments and with reference to the drawings, in which the same or functionally identical elements are provided with identical reference numerals. Showing:
Fig. 1 eine schematische seitliche Schnittansicht eines Abgasturboladers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;1 is a schematic side sectional view of an exhaust gas turbocharger according to a first embodiment;
Fig. 2 eine schematische und ausschnittsweise Schnittansicht des in Fig. 1 gezeigten Abgasturboladers entlang der Schnittebene H-Il;FIG. 2 shows a schematic and partial sectional view of the exhaust-gas turbocharger shown in FIG. 1 along the sectional plane H-II; FIG.
Fig. 3 eine schematische seitliche Schnittansicht eines Abgasturboladers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;3 is a schematic side sectional view of an exhaust gas turbocharger according to a second embodiment;
Fig. 4 eine schematische und ausschnittsweise Schnittansicht des in Fig. 3 gezeigten Abgasturboladers entlang der Schnittebene IV-IV;4 shows a schematic and partial sectional view of the exhaust-gas turbocharger shown in FIG. 3 along the sectional plane IV-IV;
Fig. 5 eine schematische und teilgeschnittene Perspektivansicht einesFig. 5 is a schematic and partially sectioned perspective view of a
Dichtelements des Abgasturboladers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;Sealing element of the exhaust gas turbocharger according to the first embodiment;
Fig. 6 eine schematische und geschnittene Perspektivansicht einesFig. 6 is a schematic and sectional perspective view of a
Lagergehäuses des Abgasturboladers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; undBearing housing of the exhaust gas turbocharger according to the second embodiment; and
Fig. 7 eine schematische und teilgeschnittene Perspektivansicht einesFig. 7 is a schematic and partially sectioned perspective view of a
Turbinenrads des Abgasturboladers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.Turbine wheel of the exhaust gas turbocharger according to the second embodiment.
Fig. 1 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Abgasturbolader umfasst ein in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine anordenbares Verdichtergehäuse 10, ein in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine anordenbares Turbinengehäuse 12 sowie ein Laufzeug 14, welches seinerseits ein innerhalb des Verdichtergehäuses 10 angeordnetes Verdichterrad 16 und ein innerhalb des Turbinengehäuses 12 angeordnetes und über eine Welle 18 drehfest mit dem Verdichterrad 16 gekoppeltes Turbinenrad 20 umfasst. Die Welle 18 ist in einem Lagergehäuse 22 gelagert, über welches das Verdichtergehäuse 10 und das Turbinengehäuse 12 miteinander gekoppelt sind. Das Verdichtergehäuse 10 und das Verdichterrad 16 bilden den sogenannten Verdichter, das Turbinengehäuse 12 und das Turbinenrad 20 die sogenannte Turbine des Abgasturboladers, wobei das Turbinengehäuse 12 im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei asymmetrisch ausgebildete Spiralkanäle 23a, 23b umfasst. Grundsätzlich kann der Abgasturbolader natürlich auch eine abweichende Anzahl an Gehäuseteilen umfassen, wobei stets ein Verdichter und eine Turbine ausgebildet sind. Ebenso kann das Turbinengehäuse 12 eine unterschiedliche Anzahl an Spiralkanälen 23 bzw. unterschiedlich ausgebildete Spiralkanäle 23 aufweisen.1 shows a schematic side sectional view of an exhaust-gas turbocharger for an internal combustion engine of a motor vehicle according to a first exemplary embodiment. The exhaust gas turbocharger comprises a in an intake tract of the internal combustion engine Anordertable compressor housing 10, an arranged in an exhaust tract of the engine turbine housing 12 and a rotor tool 14, which in turn comprises a disposed within the compressor housing 10 compressor 16 and disposed within the turbine housing 12 and a shaft 18 rotatably coupled to the compressor 16 turbine wheel 20 comprises. The shaft 18 is mounted in a bearing housing 22, via which the compressor housing 10 and the turbine housing 12 are coupled together. The compressor housing 10 and the compressor wheel 16 form the so-called compressor, the turbine housing 12 and the turbine wheel 20, the so-called turbine of the exhaust gas turbocharger, wherein the turbine housing 12 in the illustrated embodiment comprises two asymmetrically formed spiral channels 23a, 23b. In principle, the exhaust gas turbocharger can of course also comprise a different number of housing parts, wherein a compressor and a turbine are always formed. Likewise, the turbine housing 12 may have a different number of spiral channels 23 or differently shaped spiral channels 23.
Fig. 1 wird im Folgenden in Zusammenschau mit Fig. 2 erläutert werden, welche eine schematische und ausschnittsweise Schnittansicht des Abgasturboladers entlang der Schnittebene M-Il zeigt. Zur Schmierung der Welle 18 wird dem Lagergehäuse 22 gemäß Pfeil I Schmiermittel zugeführt. Um einen Verlust des Schmiermittels während des Betriebs des Abgasturboladers insbesondere über das Turbinengehäuse 12 zu verhindern, ist eine definierte und betriebssichere axiale Positionierung des Turbinenrads 20 gegenüber dem Turbinengehäuse 12 erforderlich. Um die geforderte axiale Positionierung des Turbinenrads 20 sicherzustellen, umfasst der Abgasturbolader zwei Gaszuführleitungen 24a, 24b, mittels welchen dem Turbinenrad 20 zumindest während des Betriebs des Abgasturboladers Gas zum zumindest mittelbaren Beaufschlagen seines Turbinenradrückens 26 zuführbar ist. Die Gaszuführleitungen 24a, 24b münden hierbei stromab des Verdichterrads 16 in das Verdichtergehäuse 10, so dass verdichtete Frischluft gemäß den Pfeilen IIa, IIb in die Gaszuführleitungen 24a, 24b gedrückt und zum Beaufschlagen des Turbinenradrückens 26 verwendet wird. Hierdurch wird das Turbinenrad 20 mit einer Stellkraft beaufschlagt, die einer durch den Abgasstrom auf das Turbinenrad 20 wirkenden Stellkraft entgegenwirkt, so dass eine dauerhaft zuverlässige axiale Positionierung des Turbinenrads 20 während des Betriebs des Abgasturboladers sicherstellt ist. Dies optimiert den Wirkungsgrad des Abgasturboladers und ermöglicht dadurch eine signifikante Senkung des Kraftstoffbedarfs der Brennkraftmaschine. Da bei zunehmender Abgasmenge auch die Drehzahl des Laufzeugs 14 und damit die Menge der verdichteten Frischluft bzw. die von diesem erzeugte Stellkraft proportional steigt, wird die definierte Position des Turbinenrads 20 unabhängig vom Betriebszustand des Abgasturboladers aufrechterhalten. Mit Hilfe der Gaszuführleitungen 24a, 24b kann zudem vorteilhaft auf bisher erforderliche Radialwellendichtungen und dergleichen verzichtet werden, wodurch die Reibleistungsverluste des Laufzeugs 14 erheblich reduziert werden. Zudem werden die Welle 18 und das Turbinenrad 20 durch die Frischluft gekühlt, so dass auch auf zusätzliche Hitzeschutzschilde verzichtet werden kann. Aufgrund der in jedem Betriebszustand definierten Positionierung des Turbinenrads 20 wird auch das Ansprechverhalten des Abgasturboladers und damit die Agilität der Brennkraftmaschine spürbar erhöht, wodurch entsprechend verbesserte Fahrleistungen ermöglicht sind.Fig. 1 will be explained below in conjunction with Fig. 2, which shows a schematic and fragmentary sectional view of the exhaust gas turbocharger along the sectional plane M-II. For lubrication of the shaft 18, the bearing housing 22 according to arrow I supplied lubricant. In order to prevent loss of the lubricant during operation of the exhaust gas turbocharger, in particular via the turbine housing 12, a defined and reliable axial positioning of the turbine wheel 20 relative to the turbine housing 12 is required. In order to ensure the required axial positioning of the turbine wheel 20, the exhaust gas turbocharger comprises two gas supply lines 24a, 24b, by means of which the turbine wheel 20 at least during operation of the exhaust gas turbocharger gas for at least indirectly applying its turbine wheel back 26 can be supplied. The gas supply lines 24a, 24b open into the compressor housing 10 downstream of the compressor wheel 16 so that compressed fresh air is forced into the gas supply lines 24a, 24b according to the arrows IIa, IIb and used to pressurize the turbine wheel back 26. As a result, the turbine wheel 20 is acted upon by a positioning force which counteracts a force acting on the turbine wheel 20 by the exhaust gas flow, so that a permanently reliable axial positioning of the turbine wheel 20 is ensured during operation of the exhaust gas turbocharger. This optimizes the efficiency of the exhaust gas turbocharger and thereby enables a significant reduction in the fuel consumption of the internal combustion engine. As the exhaust gas quantity increases, the rotational speed of the rotor tool 14 and thus the amount of compressed fresh air or the actuating force generated thereby increases proportionally maintain the defined position of the turbine wheel 20 regardless of the operating state of the exhaust gas turbocharger. With the aid of the gas supply lines 24a, 24b can be advantageously dispensed with previously required radial shaft seals and the like, whereby the friction losses of the power tool 14 are significantly reduced. In addition, the shaft 18 and the turbine 20 are cooled by the fresh air, so that can be dispensed with additional heat shields. Due to the defined in each operating state positioning of the turbine wheel 20, the response of the exhaust gas turbocharger and thus the agility of the internal combustion engine is noticeably increased, whereby correspondingly improved performance are possible.
Die Gaszuführleitungen 24a, 24b umfassen im Bereich des Turbinenradrückens 26 einen gemeinsamen Gasaufnahmeraum 28 mit einem vergrößerten Volumen, mittels welchem während des Betriebs auftretende Druckdifferenzen des zugeführten Gases nivelliert und geglättet werden können. Weiterhin ist durch das erhöhte Gasvolumen eine zusätzlich verbesserte Kühlung des Turbinenrads 20 und der Welle 18 gegeben. Um ein unerwünschtes Entweichen des Gases und einen damit verbundenen Abfall der Stellkraft zu verhindern, ist ein Dichtelement 30 (s. Fig. 5) vorgesehen, mittels welchem die Gaszuführleitungen 24a, 24b im Bereich des Turbinenrads 20 abgedichtet sind. Das Dichtelement 30 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als separates Bauteil ausgeführt und im Bereich des Turbinenradrückens 26 drehfest mit der Welle 18 verbunden. Die Beaufschlagung des Turbinenradrückens 26 mit Gas erfolgt somit mittelbar über das Dichtelement 30. Das Dichtelement 30 weist zwei Labyrinthdichtungen 32a, 32b auf, durch welche eine berührungs- und verschleißfreie Abdichtung der Gaszuführleitung 24a, 24b bzw. des Gasaufnahmeraums 28 unter extremen Betriebsbedingungen wie beispielsweise hohen Drehzahlen, Drücken oder Temperaturen sichergestellt ist. Die Wände des Gasaufnahmeraums 28 werden somit durch das Dichtelement 30 sowie durch Wandbereiche des Turbinengehäuses 12 und des Lagergehäuses 22 gebildet. Die Labyrinthdichtungen 32a, 32b sind dabei bezüglich der Welle 18 radial angeordnet, so dass die geforderte Dichtleistung auch bei axialen Bewegungen des Laufzeugs 14 gegenüber den einzelnen Gehäuseteilen des Abgasturboladers sichergestellt ist. Über die relative Lage der Labyrinthdichtungen 32a, 32b kann der mittels des zugeführten Gases auf den Turbinenradrücken 26 ausgeübte Gasdruck beeinflusst werden. Zur besonders präzisen Steuerung bzw. Regelung des Gasdrucks kann weiterhin ein Ventilelement (nicht gezeigt) vorgesehen sein, mittels welchem ein Strömungsquerschnitt wenigstens einer der Gaszuführleitungen 24a, 24b veränderbar ist. Das Ventilelement kann zusätzlich mit einer Steuereinrichtung, insbesondere einer Motorsteuereinrichtung, des Kraftfahrzeugs gekoppelt sein und beispielsweise getaktet betrieben werden, um den Strömungsquerschnitt und damit den Gasdruck in Abhängigkeit des Betriebszustands der Brennkraftmaschine zu verändern.The gas supply lines 24a, 24b comprise, in the area of the turbine wheel back 26, a common gas receiving space 28 with an increased volume, by means of which pressure differences occurring during operation of the supplied gas can be leveled and smoothed. Furthermore, an additional improved cooling of the turbine wheel 20 and the shaft 18 is given by the increased gas volume. In order to prevent an undesirable escape of the gas and a concomitant drop in the actuating force, a sealing element 30 (see Fig. 5) is provided, by means of which the gas supply lines 24a, 24b are sealed in the region of the turbine wheel 20. The sealing element 30 is designed in the present embodiment as a separate component and rotatably connected to the shaft 18 in the region of the turbine wheel back 26. The pressurization of the turbine wheel back 26 with gas thus takes place indirectly via the sealing element 30. The sealing element 30 has two labyrinth seals 32a, 32b, by which a contact and wear-free sealing of the gas supply line 24a, 24b and the gas receiving space 28 under extreme operating conditions such as high Speeds, pressures or temperatures is ensured. The walls of the gas accommodating space 28 are thus formed by the sealing element 30 and by wall regions of the turbine housing 12 and the bearing housing 22. The labyrinth seals 32a, 32b are arranged radially relative to the shaft 18, so that the required sealing performance is ensured even with axial movements of the power tool 14 relative to the individual housing parts of the exhaust gas turbocharger. The relative position of the labyrinth seals 32a, 32b can influence the gas pressure exerted on the turbine wheel back 26 by means of the supplied gas. For particularly precise control or regulation of the gas pressure, a valve element (not shown) can furthermore be provided, by means of which a flow cross-section of at least one of the gas supply lines 24a, 24b can be changed. The valve element may additionally be provided with a control device, in particular a motor control device, of Be coupled motor vehicle and operated, for example clocked to change the flow cross section and thus the gas pressure in dependence on the operating state of the internal combustion engine.
Fig. 3 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht eines Abgasturboladers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und wird im Folgenden in Zusammenschau mit Fig. 4 erläutert werden, wobei in Fig. 4 eine schematische und ausschnittsweise Schnittansicht des Abgasturboladers entlang der Schnittebene IV-IV gezeigt ist. Der grundsätzliche konstruktive Aufbau des Abgasturboladers ist dabei bereits aus der vorhergehenden Beschreibung bekannt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist das Dichtelement 30 einteilig mit dem Turbinenrad 20 ausgebildet. Weiterhin ist die Labyrinthdichtung 32a axial gegenüber der Welle 18 angeordnet und umfasst miteinander korrespondierende Teildichtungen, welche einander gegenüberliegend am Lagergehäuse 22 und am Turbinenrad 20 bzw. an dessen Turbinenradrücken 26 angeordnet sind. Die Wände des Gasaufnahmeraums 28 der Gaszuführleitungen 24a, 24b sind somit im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den Turbinenradrücken 26 sowie durch Wandbereiche des Turbinengehäuses 12 und des Lagergehäuses 22 gebildet. Der Turbinenradrücken 26 wird daher im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel unmittelbar mit Frischluft beaufschlagt.3 shows a schematic side sectional view of an exhaust gas turbocharger according to a second exemplary embodiment and will be explained below in conjunction with FIG. 4, FIG. 4 showing a schematic and partial sectional view of the exhaust gas turbocharger along the section plane IV-IV. The basic structural design of the exhaust gas turbocharger is already known from the foregoing description. In contrast to the first embodiment, the sealing element 30 is formed integrally with the turbine wheel 20. Furthermore, the labyrinth seal 32a is arranged axially with respect to the shaft 18 and comprises mutually corresponding partial seals, which are arranged opposite one another on the bearing housing 22 and on the turbine wheel 20 or on the turbine wheel back 26 thereof. The walls of the gas accommodating space 28 of the gas supply lines 24a, 24b are thus formed in the present embodiment by the Turbinenradrücken 26 and by wall portions of the turbine housing 12 and the bearing housing 22. The Turbinenradrücken 26 is therefore applied directly to fresh air in contrast to the first embodiment.
Fig. 5 zeigt eine schematische und teilgeschnittene Perspektivansicht des als separates Bauteil ausgebildeten Dichtelements 30 des Abgasturboladers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei sind insbesondere die radial angeordneten Labyrinthdichtungen 32a, 32b erkennbar.5 shows a schematic and partially sectioned perspective view of the sealing element 30 of the exhaust gas turbocharger designed as a separate component according to the first exemplary embodiment. In particular, the radially arranged labyrinth seals 32a, 32b can be seen.
Fig. 6 zeigt eine schematische und geschnittene Perspektivansicht des Lagergehäuses 22 des Abgasturboladers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Neben einem Lagerbereich 34 für die Welle 18 ist vor allem der Gasaufnahmeraum 28 erkennbar. Weiterhin sind der mit der am Turbinenrad 20 ausgebildeten Labyrinthdichtung 32b zusammenwirkende Wandbereich 36 des Lagergehäuses 22 sowie die axial angeordnete Labyrinthteildichtung 32a erkennbar, welche als Dichtelement 30 mit der am Turbinenrad 20 ausgebildeten Labyrinthteildichtung 32a (s. Fig. 7) zusammenwirkt.Fig. 6 shows a schematic and sectional perspective view of the bearing housing 22 of the exhaust gas turbocharger according to the second embodiment. In addition to a storage area 34 for the shaft 18, especially the gas receiving space 28 can be seen. Furthermore, the wall region 36 of the bearing housing 22, which cooperates with the labyrinth seal 32b formed on the turbine wheel 20, and the axially arranged labyrinth seal 32a, which cooperates as a sealing element 30 with the labyrinth seal 32a (see FIG.
Fig. 7 zeigt schließlich eine schematische und teilgeschnittene Perspektivansicht des Turbinenrads 20 des Abgasturboladers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Dabei sind die bezüglich der Welle 18 axial angeordnete Labyrinthteildichtung 32a sowie die radial angeordnete Labyrinthdichtung 32b des Dichtelements 30 erkennbar. Finally, FIG. 7 shows a schematic and partially sectioned perspective view of the turbine wheel 20 of the exhaust gas turbocharger according to the second exemplary embodiment. In this case, with respect to the shaft 18 axially arranged labyrinth seal 32a and the radially arranged labyrinth seal 32b of the sealing element 30 can be seen.

Claims

Patentansprüche claims
1. Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine anordenbaren Verdichtergehäuse (10), einem in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine anordenbaren Turbinengehäuse (12) und einem Laufzeug (14), welches ein innerhalb des Verdichtergehäuses (10) angeordnetes Verdichterrad (16) und ein innerhalb des Turbinengehäuses (12) angeordnetes und über eine Welle (18) drehfest mit dem Verdichterrad (16) gekoppeltes Turbinenrad (20) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gaszuführleitung (24a, 24b) vorgesehen ist, mittels welcher dem Turbinenrad (20) Gas zum zumindest mittelbaren Beaufschlagen seines Turbinenradrückens (26) zuführbar ist.An exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine of a motor vehicle, with an arranged in an intake tract of the internal combustion engine compressor housing (10), an arranged in an exhaust tract of the internal combustion engine turbine housing (12) and a running gear (14), which within the compressor housing (10) arranged compressor wheel (16) and within the turbine housing (12) arranged and via a shaft (18) rotatably coupled to the compressor wheel (16) turbine wheel (20), characterized in that a gas supply line (24a, 24b) is provided, by means of which Turbine (20) gas for at least indirectly applying its turbine wheel back (26) can be fed.
2. Abgasturbolader nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführleitung (24a, 24b), vorzugsweise stromab des Verdichterrads (16), in das Verdichtergehäuse (10) mündet.2. Exhaust gas turbocharger according to claim 1, characterized in that the gas supply line (24a, 24b), preferably downstream of the compressor wheel (16), in the compressor housing (10) opens.
3. Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführleitung (24a, 24b) im Bereich des Turbinenradrückens (26) einen Gasaufnahmeraum (28) umfasst. 3. Exhaust gas turbocharger according to claim 1 or 2, characterized in that the gas supply line (24a, 24b) in the region of the turbine wheel back (26) comprises a gas receiving space (28).
4. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Dichtelement (30) vorgesehen ist, mittels welchem die Gaszuführleitung (24a, 24b) abzudichten ist.4. Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one sealing element (30) is provided, by means of which the gas supply line (24a, 24b) is to be sealed.
5. Abgasturbolader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (30) wenigstens eine Labyrinthdichtung (32a, 32b) umfasst.5. Exhaust gas turbocharger according to claim 4, characterized in that the sealing element (30) comprises at least one labyrinth seal (32a, 32b).
6. Abgasturbolader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung (32a, 32b) bezüglich der Welle (18) radial und/oder axial angeordnet ist.6. Exhaust gas turbocharger according to claim 5, characterized in that the labyrinth seal (32a, 32b) with respect to the shaft (18) is arranged radially and / or axially.
7. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (30) am Verdichtergehäuse (10) und/oder am Turbinengehäuse (12) und/oder an einem Lagergehäuse (22) und/oder an der Welle (18) und/oder am Turbinenrad (20) angeordnet ist.7. Exhaust gas turbocharger according to one of claims 4 to 6, characterized in that the sealing element (30) on the compressor housing (10) and / or on the turbine housing (12) and / or on a bearing housing (22) and / or on the shaft (18 ) and / or on the turbine wheel (20) is arranged.
8. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Wandbereiche des Gasaufnahmeraums (28) der Gaszuführleitung (24a, 24b) durch das Turbinengehäuse (12) und/oder das Lagergehäuse (22) und/oder den Turbinenradrücken (26) gebildet sind.8. Exhaust gas turbocharger according to one of claims 3 to 7, characterized in that at least wall portions of the gas accommodating space (28) of the Gaszuführleitung (24a, 24b) through the turbine housing (12) and / or the bearing housing (22) and / or the Turbinenradrücken (26 ) are formed.
9. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilelement vorgesehen ist, mittels welchem ein Strömungsquerschnitt der Gaszuführleitung (24a, 24b) veränderbar ist. 9. Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 8, characterized in that a valve element is provided, by means of which a flow cross-section of the gas supply line (24a, 24b) is variable.
10. Abgasturbolader nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement mit einer Steuereinrichtung, insbesondere einer Motorsteuereinrichtung, des Kraftfahrzeugs koppelbar ist und ausgebildet ist, den Strömungsquerschnitt in Abhängigkeit von Steuersignalen der Steuereinrichtung zu verändern.10. Exhaust gas turbocharger according to claim 9, characterized in that the valve element with a control device, in particular a motor control device, of the motor vehicle is coupled and is adapted to change the flow cross section in response to control signals of the control device.
11. Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Verdichtergehäuse (10) des Abgasturboladers in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine und ein Turbinengehäuse (12) des Abgasturboladers in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordnet sind und der Abgasturbolader als Laufzeug (14) ein Verdichterrad (16) innerhalb des Verdichtergehäuses (10) sowie ein über eine Welle (18) drehfest mit diesem gekoppeltes Turbinenrad (20) innerhalb des Turbinengehäuses (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass dem Turbinenrad (20) mittels einer Gaszuführleitung (24a, 24b) Gas zugeführt und dessen Turbinenradrücken (26) zumindest mittelbar mit dem Gas beaufschlagt wird. 11. A method for operating an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein a compressor housing (10) of the exhaust gas turbocharger in an intake tract of the internal combustion engine and a turbine housing (12) of the exhaust gas turbocharger are arranged in an exhaust tract of the internal combustion engine and the exhaust gas turbocharger as Laufzeug (14) a compressor wheel (16) within the compressor housing (10) and via a shaft (18) rotatably with this coupled turbine wheel (20) within the turbine housing (12), characterized in that the turbine wheel (20) by means of a gas supply line (24a, 24b) Gas supplied and the Turbinenradrücken (26) is acted upon at least indirectly with the gas.
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