WO2007118663A1

WO2007118663A1 - Turbolader

Info

Publication number: WO2007118663A1
Application number: PCT/EP2007/003232
Authority: WO
Inventors: Holger Fäth; Ralf Böning; Dietmar Metz
Original assignee: Borgwarner Inc.
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2007-04-11
Publication date: 2007-10-25

Abstract

Turbolader (1) mit variabler Turbinengeometrie (VTG) mit einem Turbinengehäuse(2) mit einem Zuführkanal (9) für Abgase; mit einem Turbinenrotor (4), der drehbar im Turbinengehäuse (2) gelagert ist; mit einem Leitgitter (18) variabler Turbinengeometrie, das den Turbinenrotor (4) radial außen umgibt, das einen Schaufellagerring (6) und eine gegenüber angeordneten Scheibe (29) zur Bildung eines Freiraums (13) aufweist, und das eine Mehrzahl von im Freiraum (13) angeordneten Leitschaufeln (7) aufweist die jeweils eine dem Schaufellagerring (6) zugewandte erste Stirnfläche (30, 30') und eine der Scheibe (29) zugewandte zweite Stirnfläche (31, 31') aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine (30, 30' oder 31, 31') der Stirnflächen (30, 30', 31, 31') ballig ausgebildet ist.

Description

Turbolader

Besehreibung

Die Erfindung betrifft einen Turbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Turbolader ist aus der EP 1 394 364 Al bekannt.

Bei dieser Turboladerkonstruktion sind die Leitschaufeln des Leitgitters mit ebenen Stirnflächen versehen. Diese Stirnflächen können durch ein spielbedingtes Verkippen der Schaufeln an deren Vorder- und/oder Hinterkanten an den benachbarten Bauteilen kratzen, was zu erhöhter Reibung führt.

Es ist demgegenüber Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Turbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, dessen Leitgitter bzw. dessen Leitschaufeln verbesserte Gleiteigenschaften ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften werden die Stirnflächen der VTG-Schaufeln ballig ausgeformt. Wie eingangs erläu- tert, kommt es bei bekannten Turboladern durch Spiel zwischen Schaufelschaft und Schaufelbohrung zum Verkippen der Schaufel und somit zu erhöhter Reibung zwischen Schaufel und Scheibe bzw. Schaufellagerring. Die erfindungsgemäß vorgesehene Balligkeit verringert demgegenüber den effektiven Reibradius der Schaufel.

Um den Reibradius der Schaufel zu verringern, wäre es gemäß im Rahmen der Erfindung durchgeführter Untersuchungen auch möglich, die Stirnfläche von Schaufellagerring und Scheibe im Bereich des Außendurchmessers mit einem Absatz (Schräge) zu versehen, über den die Schaufelnase bei Verstellung der VTG- Schaufel schwingt. Das Problem hierbei ist, dass die Hinterkante der Schaufel keinen axialen Freigang hat und die Schaufel beim Verkippen in der Schaufellagerringbohrung mit der Hinterkante auf der Stirnfläche von Schaufellagerring oder Scheibe kratzt. Dies führt zu erhöhter Reibung und somit zu erhöhten Verstellkräften und schlechterer Regelbarkeit. Ein axialer Freigang für die Schaufel könnte auch im hinteren Bereich der Schaufel mit einem Absatz (Schräge) in Scheibe oder Schaufellagerring dargestellt werden.

Diese Absätze vermindern die Reibkräfte jedoch nur in der geöffneten VTG-Stellung. In der geschlossenen Stellung herrschen große Druckunterschiede zwischen Innenseite und Außenseite der Schaufel, was auch zu einem Verkippen der Schaufel und somit wieder zu erhöhter Reibung führen kann.

Legt man das axiale Spiel gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen Schaufel und Scheibe/Schaufellagerring in die Schaufel, kratzt über den gesamten Verstellbereich weder Vorder- noch Hinterkante der Schaufel auf den benachbarten Bauteilen. Die maximale Schrägstellung der Schaufel bestimmt hierbei die Größe der Balligkeit. Ein weiterer Vorteil der Balligkeit/Schräge in der Schaufel und nicht in den benachbarten Bauteilen ist die kostengünstige (bzw. -neutrale) Fertigung im Vergleich zu bisherigen VTG- Schaufeln, da das Vorsehen eines Absatzes in der Scheibe einen Fräs- oder elektrochemischen Prozess erfordert und somit teuer ist.

Unter dem Begriff „Balligkeit" wird erfindungsgemäß sowohl eine runde nach außen gewölbte Fläche sowie auch eine polygonartig nach außen vorragende Fläche verstanden.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Die Stirnfläche kann wahlweise auch als Plateau ausgeformt sein. Die Balligkeit kann alternativ in das Rohteil der Schaufel gelegt werden (Urform) oder durch (elektro-) mechanische Bearbeitung hergestellt werden.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Turboladers,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Leitschaufel, und

Fig. 3 Prinzipdarstellungen unterschiedlicher Balligkeiten der Stirnflächen der erfindungsgemäßen Leitschaufel.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Turbolader 1 dargestellt, der ein Turbinengehäuse 2 und damit ein über ein Lagergehäuse 28 verbundenes Kompressorgehäuse 3 aufweist. Die Gehäuse 2, 3 und 28 sind entlang einer Rotationsachse R angeordnet. Das Turbinengehäuse ist teilweise im Schnitt gezeigt, um die Anordnung eines Schaufellagerrings 6 und ein von diesem gebildetes radial äußeres Leitgitter 18 zu verdeutlichen, das eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten Leitschaufeln 7 mit Schaufelwellen 8 aufweist. Hierdurch werden Düsenquerschnitte gebildet, die nach der Lage der Leitschaufeln 7 größer oder kleiner sind und den in der Mitte an der Rotationsachse R gelegenen Turbinenrotor 4 mehr oder weniger mit dem über einen Zuführkanal 9 zugeführten und über einen Zentralstutzen 10 abgeführten Abgas eines Motors beaufschlagen, um über den Turbinenrotor 4 einen auf derselben Welle sitzenden Kompressorrotor 17 anzutreiben.

Um die Bewegung bzw. die Lage der Leitschaufeln 7 zu steuern, ist eine Betätigungseinrichtung 11 vorgesehen. Diese kann an sich beliebig ausgebildet sein, jedoch weist eine bevorzugte Ausführungsform ein Steuergehäuse 12 auf, das die Steuerbewegung eines an ihr befestigten Stößelgliedes 14 steuert, um dessen Bewegung auf einen hinter dem Schaufellagerring 6 gelegenen Verstellring 5 in eine leichte Drehbewegung desselben umzusetzen. Zwischen dem Schaufellagerring 6 und einem ringförmigen Teil 15 des Turbinengehäuses 2 wird ein Freiraum 13 für die Leitschaufeln 7 gebildet. Um diesen Freiraum 13 sichern zu können, weist der Schaufellagerring 6 einstückig angeformte Abstandshalter 16 auf. Vom Prinzip her ist es möglich, mir oder weniger derartige Abstandshalter 16 vorzusehen.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer Leitschaufel 7 des erfindungsgemäßen Turboladers 1. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Leitschaufel 7 an einem Ende einer der Schaufelwellen 8 befestigt. Die der Schaufellagerringseite zugewandte Stirnfläche 31 der Leitschaufel 7 weist eine ballige Ausformung auf, d. h. die seitlichen Endbereiche der Stirnflä- che 31 liegen entsprechend dem gewählten Radius R um das mit A und B gekennzeichnete Maß zurückversetzt gegenüber der Stirnflächenmitte der Stirnfläche 31. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (in Fig. 2 nicht gezeigt) kann auch die der Scheibenseite zugewandte Stirnfläche 30 diese ballige Ausformung aufweisen.

Fig. 3 zeigt die prinzipielle Ausformung einer Balligkeit der Stirnflächen der erfindungsgemäßen Leitschaufeln. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann diese Ausformung, wie in Fig. 3 gezeigt, aus sowohl nach außen gerundet gewölbten Stirnlächen 30,31 oder nach außen polygonartig gewölbten Stirnflächen 30', 31' bestehen. Im Falle der polygonartig gewölbten Stirnflächen 30', 31' besteht die ballige Stirnfläche aus einer Mehrzahl von umfangseitig nebeneinander angeordneten abgeplatteten Bereichen (Plateaus) , wobei ein solcher auf der Stirnfläche etwa mittig angeordneter abgeplatteter Bereich in Fig. 3, mit dem Bezugszeichen 32 gekennzeichnet, dargestellt ist.

Zur Ergänzung der Offenbarung wird explizit zusätzlich auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den Figuren 1 bis 3 Bezug genommen.

Bezugszeichenliste

1 Turbolader

2 Turbinengehäuse

3 Kompressorgehäuse

4 Turbinenrotor

5 Verstellring

6 Schaufellagerring

7 Leitschaufel

8 Schaufelwelle

9 Zuführkanal

10 Axialstutzen

11 Betätigungseinrichtung

12 Steuergehäuse

13 Freiraum für Leitschaufeln 7

14 Stößelglied

15 ringförmiger Teil des Turbinengehäuses 2

16 Abstandshalter/Distanznocken

17 Kompressorrotor

18 Leitgitter

19 Befestigungseinrichtung 28 Lagergehäuse

30,30' Stirnfläche von 7 auf der Schaufellagerringseite 31,31' Stirnfläche von 7 auf der Scheibenseite 32 abgeplatteter Bereich (Plateau) von 30, 30', 31, 31' A, B Zurückversetzung 30,30' bzw. 31, 31' gegenüber der Stirnflächenmitte entsprechend Radius R in Fig. 2

Claims

Ansprüche

1. Turbolader (1) mit variabler Turbinengeometrie (VTG)

- mit einem Turbinengehäuse (2) mit einem Zuführkanal (9) für Abgase;

- mit einem Turbinenrotor (4), der drehbar im Turbinengehäuse (2) gelagert ist;

- mit einem Leitgitter (18) variabler Turbinengeometrie,

• das den Turbinenrotor (4) radial außen umgibt

• das einen Schaufellagerring (6) und eine gegenüber angeordneten Scheibe (29) zur Bildung eines Freiraums (13) aufweist, und

• das eine Mehrzahl von im Freiraum (13) angeordneten Leitschaufeln (7) aufweist die jeweils eine dem Schaufellagerring (6) zugewandte erste Stirnfläche (30, 30') und eine der Scheibe (29) zugewandte zweite Stirnfläche (31, 31') aufweisen, dadurch gekennzeichnet,

- dass zumindest eine (30, 30' oder 31, 31') der Stirnflächen (30, 30', 31, 31') ballig ausgebildet ist.

2. Turbolader (1) mit variabler Turbinengeometrie (VTG) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Stirnflächen

(30, 30', 31, 31') ballig ausgebildet sind.

3. Turbolader mit variabler Turbinengeometrie (VTG) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine und/oder beide Stirnflächen (30', 31') eine einen in etwa mittig angeordneten abgeplatteten Bereich (32) aufweisen.

4. Leitschaufel (7) eines Turboladers (1) mit variabler Turbinengeometrie

- mit einer ersten Stirnfläche (30), die im Einbauzustand einem Schaufellagerring (6) zugewandt ist, und

- mit einer zweiten Stirnfläche (31) , die im Einbauzustand einer Scheibe (29) zugewandt ist, gekennzeichnet durch mindestens eines der Merkmale der Ansprüche 1 bis 3.