DE102009015353A1

DE102009015353A1 - Ladeeinrichtung

Info

Publication number: DE102009015353A1
Application number: DE102009015353A
Authority: DE
Inventors: Frank Pflueger
Original assignee: Bosch Mahle Turbo Systems GmbH and Co KG
Current assignee: BMTS Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-09-30

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung (1), insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug. Erfindungswesentlich ist dabei, dass das Turbinengehäuse (1) eine als einteiliges Gussteil ausgebildete tragende Turbinenkartusche (2) aufweist, die im Bereich eines Anschlusses (7) an ein Lagergehäuse und im Bereich eines Auslasskanals (8) sowohl eine Einspritzdüsen-Innenwand als auch eine Einspritzdüsen-Außenwand bildet, wobei an der Turbinenkartusche (2) ein zumindest einschaliges Spiralgehäuse (5) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung, insbesondere einen Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Gattungsgemäße Ladeeinrichtungen sind hinlänglich bekannt und dienen der Leistungssteigerung von Kolbenmotoren, indem sie einen Luftmengen- und Kraftstoffdurchsatz pro Arbeitstakt erhöhen.
Aus der DE 100 61 846 A1 ist ein Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem ein Turbinengehäuse aus zwei beabstandeten Einzelteilen aus Blech aufgebaut ist, von denen eines eine Innenschale und eines eine Außenschale bildet und zwischen denen ein Zwischenraum ausgebildet ist. Mit einem derartigen Turbinengehäuse soll insbesondere die Leistungsfähigkeit des Abgasturboladers bzw. der Ladeeinrichtung gesteigert werden.
Weitere gattungsgemäße Ladeeinrichtungen sind beispielsweise aus der EP 1 303 683 B1 und aus der DE 299 09 018 U bekannt.
Ein großer Nachteil bei sich derzeit am Markt befindlichen Ladeeinrichtungen besteht darin, dass diese einem Abgas relativ viel Wärme entziehen und dadurch ein Katalysator in einem Abgasstrang, insbesondere während einer Startphase des Verbrennungsmotors, nur gering aufgeheizt wird und so seine volle Reinigungsleistung erst mit starker zeitlicher Verzögerung erreicht.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Ladeeinrichtung der gattungsgemäßen Art, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, welche sich einerseits insbesondere durch einen geringen abgasseitigen Wärmeentzug und andererseits durch ein geringes Gewicht auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Turbinengehäuse einer Ladeeinrichtung aus einer einteiligen und als Gussteil ausgebildeten Turbinenkartusche und einem damit verbundenen Spiralgehäuse auszubilden. Die Turbinenkartusche bildet dabei ein Traggerüst für das gesamte Turbinengehäuse, wobei das vorzugsweise aus einer Innenschale und einer Außenschale aufgebaute Spiralgehäuse zwischen seiner Innen- und seiner Außenschale einen definierten Zwischenraum aufweist. Im Bereich eines Anschlusses an ein Lagegehäuse als auch im Bereich eines Auslasskanals bildet dabei die Turbinenkartusche sowohl eine (Einspritzdüsen-)Innenwand als auch eine (Einspritzdüsen-)Außenwand des Turbinengehäuses, während die Innenwand im Bereich des Spiralgehäuses von der Innenschale desselben und die Außenwand von der Außenschale desselben gebildet werden, sofern das Spiralgehäuse in zweischalig aufgebaut ist. Durch die leichte Ausbildung des Spiralgehäuses kann das Turbinengehäuse insgesamt deutlich leichter ausgebildet werden, wodurch die erfindungsgemäße Ladeeinrichtung insgesamt ein geringeres Gewicht aufweist. Zudem wird durch die vorzugsweise zweischalige und insbesondere schlecht wärmeleitende Ausbildung des Spiralgehäuses eine Temperatur eines einem Turbinenrad zugeführten Abgasstroms in nur vergleichsweise geringem Maße reduziert, wodurch sich ein mit der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung aufgeladener Verbrennungsmotor, insbesondere während einer Kaltstartphase, schneller aufheizt und dadurch auch einen sich in einem Abgasstrang befindlichen Katalysator schneller erwärmt, so dass dieser schneller seine volle Reinigungswirkung entfalten kann. Aufgrund der Tatsache, dass in dem leichten Spiralgehäuse auch deutlich weniger Wärmeenergie gespeichert werden kann, muss auch nach einem Abschalten des Verbrennungsmotors und dadurch nach einem Abschalten der Ladeeinrichtung nicht befürchtet werden, dass noch in der Ladeeinrichtung befindliches Lageröl verkokt. Hierzu besitzt nämlich das Spiralgehäuse zu wenig Masse und kann aus diesem Grund nicht die für eine Verkokung des Öls erforderliche Wärmeenergie speichern und später abgeben. Von besonderem Vorteil ist aber auch, dass durch das vergleichsweise leichte Turbinengehäuse die gesamte Ladeeinrichtung deutlich leichter aufgebaut werden kann und dadurch weniger wiegt, wodurch beim Betrieb des Verbrennungsmotors weniger Kraftstoff verbraucht und dadurch auch weniger CO₂-Emissionen erzeugt werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, sind die Innenschale und/oder die Außenschale aus Metall, insbesondere aus Stahlblech, ausgebildet. Derartige Stahlbleche bieten dabei den großen Vorteil, im Vergleich zu Gehäuseteilen aus Gusswerkstoffen vergleichsweise leicht zu bauen. Durch eine Ausbildung der Innen- und/oder der Außenschale aus Metall kann darüber hinaus ein Berstverhalten bei einem Versagen des Turbinenrades günstig beeinflusst werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Turbinengehäuse einer Ladeeinrichtung.
Entsprechend der 1, weist ein Turbinengehäuse 1 einer im Übrigen nicht gezeigten Ladeeinrichtung, insbesondere eines Abgasturboladers für ein Kraftfahrzeug, eine als einteiliges Gussteil, insbesondere aus Feinguss, ausgebildete Turbinenkartusche 2 auf. An der Turbinenkartusche 2 ist dabei ein zweischaliges, dass heißt ein aus einer Innenschale 3 und aus einer Außenschale 4 aufgebautes, Spiralgehäuse 5 angeordnet, wobei zwischen der Innenschale 3 und der Außenschale 4 ein definierter Zwischenraum 6 vorgesehen ist. Betrachtet man das erfindungsgemäße Turbinengehäuse 1, so erkennt man, dass die Turbinenkartusche 2 im Bereich eines Anschlusses 7 an ein nicht dargestelltes Lagergehäuse und im Bereich eines Auslasskanals 8 sowohl eine Innenwand als auch eine Außenwand des Turbinengehäuses 1 bildet. In Axialrichtung dazwischen liegend ist das Spiralgehäuse 5 angeordnet, wobei dieser Bereich des Spiralgehäuses 5 von Armen 9 der Turbinenkartusche 2 überbrückt wird. Die Arme 9, vorzugsweise drei, verbinden dabei den Anschluss 7 und mit dem den Auslasskanal 8 bildenden Bereich der Turbinenkartusche 2.
Das erfindungsgemäße Turbinengehäuse 1 weist dabei mehrere entscheidende Vorteile auf: Zum einen ist es im Vergleich zu einem komplett als Gussteil ausgebildeten Turbinengehäuse vergleichsweise leicht, da insbesondere das Spiralgehäuse 5 deutlich leichter ist als ein vergleichbares massives Spiralgehäuse aus einem Gusswerkstoff. Darüber hinaus wird insbesondere im Bereich des Spiralgehäuses 5 weniger Wärmeenergie gespeichert, so dass das Turbinengehäuse 1 nach einem Abschalten der Ladeeinrichtung auch weniger Wärme abstrahlt und dadurch die Gefahr des Verkokens eines Lageröls reduziert werden kann. Von besonderem Vorteil aber dürfte sein, dass durch das an sich gut wärmeisolierende Spiralgehäuse 5 den dem Turbinenrad zugeführten Abgasstrom weniger Wärmeenergie entzogen und dadurch die Leistung der Ladeeinrichtung gesteigert werden kann.
Sowohl die Innenschale 3 als auch die Außenschale 4 sind dabei vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus einem Stahlblech, ausgebildet und bspw. in einem Vorfertigungsschritt mit der Turbinenkartusche 2 verpresst. In einem zweiten, dass heißt darauf folgenden Arbeitsschritt, werden das Spiralgehäuse 5 und die Turbinenkartusche 2 miteinander fixiert, vorzugsweise verschweißt. Aufgrund der Tatsache, dass die Turbinenkartusche 2 vorzugsweise als Feingussteil ausgebildet ist, ist eine weitere mechanische Nacharbeit, etwa ein Ausdrehen eines Turbinenradsitzes, nicht mehr erforderlich.
Auf einer dem Zwischenraum 6 zugewandten Seite der Innenschale 3 und/oder der Außenschale 4 kann darüber hinaus eine schlecht wärmeleitende Schicht, insbesondere ein nicht metallisches Material, wie bspw. eine Keramik, aufgebracht sein, die einen Wärmeverlust über das Spiralgehäuse 5 zusätzlich reduziert.
Generell kann das Turbinengehäuse 1 als ein- oder zweiflutiges Turbinengehäuse ausgebildet sein und/oder einen Wastegate, bspw. ein Wastegate-Ventil, aufweisen. Darüber hinaus ist auch denkbar, dass das Turbinengehäuse 1 und/oder die Turbinenkartusche 2 zur Aufnahme einer nicht dargestellten, variablen Turbinengeometrie ausgebildet sind/ist. Zur Abstützung der Innenschale 3 gegenüber der Außenschale 4 kann zwischen diesen eine Abstützung 10, insbesondere in der Art eines Drahtgeflechts, vorgesehen werden. Selbstverständlich kann darüber hinaus an der Außenschale 4 ein nicht gezeigter Absauganschluss zur Evakuierung des Zwischenraums 6 angeordnet werden, wobei darüber hinaus das Turbinengehäuse 1 einstückig mit einem an einem Zylinderauslass eines Verbrennungsmotors anbaubaren Abgaskrümmer ausgebildet werden kann. Der Abgaskrümmer kann dabei bspw. spaltisoliert sein und ein einteiliges Bauteil bilden, wobei durch das Turbinengehäuse 1 und den isolierten Abgaskrümmer bspw. ein vakuumspalt-, ein luftspaltisolierter oder ein flüssigkeitsgekühltes Abgaskrümmermodul geschaffen werden kann. Generell kann das aus der Innenschale 3 und der Außenschale 4 bestehende Spiralgehäuse 5 ein einteiliges Bauteil bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10061846 A1 [0003]
- EP 1303683 B1 [0004]
- DE 29909018 U [0004]

Claims

Ladeeinrichtung, insbesondere ein Abgasturbolader für ein Kraftfahrzeug, mit einem Turbinengehäuse (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (1) eine als einteiliges Gussteil ausgebildete tragende Turbinenkartusche (2) aufweist, die im Bereich eines Anschlusses (7) an ein Lagergehäuse und im Bereich eines Auslasskanals (8) sowohl eine Einspritzdüsen-Innenwand als auch eine Einspritzdüsen-Außenwand bildet, wobei an der Turbinenkartusche (2) ein zumindest einschaliges Spiralgehäuse (5) angeordnet ist.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiralgehäuse (5) zumindest zweischalig, das heißt aus einer Innenschale (3) und einer Außenschale (4) aufgebaut ist, wobei zwischen der Innen- und der Außenschale (3, 4) ein definierter Zwischenraum (6) ausgebildet ist.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – dass die Innenschale (3) und/oder die Außenschale (4) aus Metall, insbesondere aus Stahlblech, ausgebildet sind, und/oder – dass die Turbinenkartusche (2) aus Feinguss ausgebildet ist.
Ladeeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Zwischenraum (6) zugewandten Seiten der Innenschale (3) und/oder der Außenschale (4) mit einem nichtmetallischen Material, insbesondere mit einer Keramik, zumindest teilweise belegt sind.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (1) als einflutiges oder als zweiflutiges Turbinengehäuse ausgebildet ist.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (1) einen Wastegate aufweist.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (1) und/oder die Turbinenkartusche (2) zur Aufnahme einer variabeln Turbinengeometrie ausgebildet sind/ist.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenschale (3) und der Außenschale (4) zumindest bereichsweise eine Abstützung (10), insbesondere ein Drahtgeflecht, vorgesehen ist.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenschale (4) ein Absauganschluss zur Evakuierung des Zwischenraums (6) angeordnet ist.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (1) einstückig mit einem an einem Zylinderauslass eines Verbrennungsmotors anbaubaren Abgaskrümmer ausgebildet ist.
Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiralgehäuse (5) einteilig ausgebildet ist.