DE102015014550A1 - Intake system for an exhaust gas turbocharger and turbocharger - Google Patents
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Abstract
Ansaugsystem (10) für einen Abgasturbolader, mit einem Ansaugschalldämpfer (12) zum Ansaugen von zu verdichtender Ladeluft und mit einem Ansaugrohr (13) zum Leiten der zu verdichtenden Ladeluft vom Ansaugschalldämpfer (12) in Richtung auf einen Verdichter (11) des Abgasturboladers, wobei das Ansaugsystem (10) als nachrüstbare Einheit ausgebildet ist, und wobei der Ansaugschalldämpfer (12) und/oder das Ansaugrohr (13) Mittel umfassen, die in einem Schadensfall des Verdichters kinetische Energie von Bruchstücken des Verdichters abbauen und so einen Containmentschutz ausbilden.An intake system (10) for an exhaust gas turbocharger, comprising an intake silencer (12) for intake charge air to be compressed and an intake pipe (13) for directing the charge air to be compressed from the intake silencer (12) towards a compressor (11) of the exhaust gas turbocharger the intake system (10) is designed as a retrofittable unit, and wherein the intake silencer (12) and / or the intake pipe (13) comprise means which, in the event of damage to the compressor, reduce kinetic energy from fragments of the compressor and thus form containment protection.
Description
Die Erfindung betrifft ein Ansaugsystem für einen Abgasturbolader und einen Abgasturbolader.The invention relates to an intake system for an exhaust gas turbocharger and an exhaust gas turbocharger.
Ein Abgasturbolader verfügt über eine Turbine und einen Verdichter. Die Turbine des Abgasturboladers dient der Entspannung von Abgas, welches einen Motor verlässt, und der Gewinnung von Energie bei der Entspannung des Abgases. Der Verdichter eines Abgasturboladers dient der Verdichtung von dem Motor zuzuführender Ladeluft mit Hilfe der in der Turbine gewonnenen Energie. Ferner verfügt ein Abgasturbolader über ein Ansaugsystem mit einem Ansaugschalldämpfer zum Ansaugen von zu verdichtender Ladeluft oder mit einem Ansaugrohr zum Leiten der zu verdichtenden Ladeluft vom Ansaugelement/-schalldämpfer in Richtung auf einen Verdichter des Abgasturboladers.An exhaust gas turbocharger has a turbine and a compressor. The turbine of the exhaust gas turbocharger serves for the expansion of exhaust gas leaving an engine and the recovery of energy during the expansion of the exhaust gas. The compressor of an exhaust gas turbocharger serves to compress the charge air to be supplied to the engine by means of the energy obtained in the turbine. Furthermore, an exhaust-gas turbocharger has an intake system with an intake silencer for intake charge air to be compressed or with an intake pipe for directing the charge air to be compressed from the intake element / silencer in the direction of a compressor of the exhaust-gas turbocharger.
Im Betrieb eines Abgasturboladers besteht die Gefahr, dass zum Beispiel der Verdichterrotor bricht und Bruchstücke des Verdichterrotors das Verdichtergehäuse durchschlagen und in die Umgebung des Abgasturboladers fliegen. Ein ähnlicher Schadensfall kann auch im Bereich der Turbine des Abgasturboladers auftreten. Um diesem Problem Rechnung zu tragen, wird bei aus der Praxis bekannten Abgasturboladern das Verdichtergehäuse sowie ggf. das Turbinengehäuse derart ausgelegt, dass ein Schadensfall des jeweiligen Gehäuses nicht zu erwarten ist und selbst beim Brechen des jeweiligen Rotors Bruchstücke desselben das jeweilige Gehäuse nicht durchschlagen können. Hierdurch wird jedoch einerseits das Gewicht des Abgasturboladers erhöht, andererseits können diese Maßnahmen nur bei neu konstruierten Abgasturboladern zum Einsatz kommen.During operation of an exhaust gas turbocharger, there is the risk that, for example, the compressor rotor breaks and fragments of the compressor rotor penetrate the compressor housing and fly into the surroundings of the exhaust gas turbocharger. A similar damage event can also occur in the area of the turbine of the exhaust gas turbocharger. In order to take this problem into account, the compressor housing and possibly the turbine housing is designed in such a way that damage of the respective housing is not to be expected and even when breaking the respective rotor fragments of the same housing can not penetrate in known from practice exhaust gas turbochargers. As a result, however, on the one hand the weight of the exhaust gas turbocharger is increased, on the other hand, these measures can only be used in newly designed exhaust gas turbochargers.
Bereits bestehende, ältere Abgasturbolader hingegen können nicht umkonstruiert werden, sodass dieselben keinen entsprechenden Schutz aufweisen und demnach im Schadensfall Bruchstücke in die Umgebung gelangen können.Existing, older exhaust gas turbochargers, however, can not be redesigned, so that they have no corresponding protection and therefore can reach fragments in the event of damage to the environment.
Aus der
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Ansaugsystem für einen Abgasturbolader und einen Abgasturbolader mit einem solchen Ansaugsystem zu schaffen.On this basis, the present invention has the object to provide a novel intake system for an exhaust gas turbocharger and an exhaust gas turbocharger with such an intake system.
Diese Aufgabe wird durch ein Ansaugsystem nach Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Ansaugsystem ist als nachrüstbare Einheit ausgebildet, wobei der Ansaugschalldämpfer und/oder das Ansaugrohr Mittel umfassen, die in einem Schadensfall des Verdichters, nämlich des Verdichterrotors, kinetische Energie von Bruchstücken desselben abbauen und so einen Containmentschutz ausbilden. Die hier vorliegende Erfindung schlägt erstmals vor, Baugruppen eines Ansaugsystems für einen Abgasturbolader, die nach dem Stand der Technik ausschließlich der Führung von zu verdichtender Ladeluft in Richtung auf den Verdichter des Abgasturboladers dienen, zusätzlich zum Containmentschutz bzw. Berstschutz zu nutzen, und zwar dadurch, dass der Ansaugschalldämpfer und/oder das Ansaugrohr des Ansaugsystems Mittel umfassen, die im Schadensfall des Verdichters kinetische Energie von Bruchstücken des Verdichterrotors abbauen. Insbesondere können mit einem solchen Ansaugsystem bereits bestehende, ältere Abgasturbolader nachgerüstet werden, um für dieselben einen effektiven Berstschutz bzw. Containmentschutz bereitzustellen.This object is achieved by an intake system according to claim 1. The intake system according to the invention is designed as a retrofittable unit, wherein the intake silencer and / or the intake manifold comprise means which, in the event of damage to the compressor, namely the compressor rotor, reduce kinetic energy of fragments thereof and thus form a containment protection. The present invention proposes for the first time to use assemblies of an intake system for an exhaust gas turbocharger, which in the prior art exclusively serve to guide charge air to be compressed in the direction of the compressor of the exhaust gas turbocharger, in addition to containment protection or bursting protection, by in that the intake silencer and / or the intake manifold of the intake system comprise means which, in the event of damage to the compressor, reduce kinetic energy of fragments of the compressor rotor. In particular, existing, older exhaust gas turbochargers can be retrofitted with such an intake system in order to provide effective burst protection or containment protection for the same.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Ansaugschalldämpfer Platten oder Rippen auf, die einerseits der Strömungsführung der zu verdichtenden Ladeluft und andererseits im Schadensfall des Verdichters dem Abbau kinetischer Energie von Bruchstücken des Verdichterrotors dienen. Alternativ oder vorzugsweise zusätzlich weist der Ansaugschalldämpfer eine Rückwand mit einer Sollbruchstelle und/oder eine verformbare Vorderwand auf, wobei die Platten oder Rippen zwischen der Vorderwand und der Rückwand positioniert sind und sich in Axialrichtung oder Umfangsrichtung erstrecken. Diese Mittel im Bereich des Ansaugschalldämpfers erlauben alleine oder in Kombination miteinander einen effektiven Berstschutz bzw. Containmentschutz für Abgasturbolader, insbesondere zur Nachrüstung bereits bestehender, älterer Abgasturbolader.According to an advantageous development of the intake silencer plates or ribs, on the one hand serve the flow of the charge air to be compressed and on the other hand, in the event of damage to the compressor degradation of kinetic energy of fragments of the compressor rotor. Alternatively or preferably in addition, the intake silencer has a rear wall with a predetermined breaking point and / or a deformable front wall, wherein the plates or ribs are positioned between the front wall and the rear wall and extend in the axial direction or circumferential direction. These means in the region of the intake silencer alone or in combination with one another allow effective burst protection or containment protection for exhaust gas turbochargers, in particular for retrofitting existing, older exhaust gas turbochargers.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Ansaugrohr mindestens ein Absorptionselement auf, welches einerseits der Strömungsführung der zu verdichtenden Ladeluft und andererseits im Schadensfall des Verdichters dem Abbau kinetischer Energie von Bruchstücken des Verdichterrotors dient. Ein Absorptionselement weist eine kegelstumpfförmige Mantelfläche auf und ist außen von einer Wandung des Ansaugrohrs umgeben, wobei sich die kegelstumpfförmige Mantelfläche vorzugsweise in Richtung auf einen der Anbindung des Ansaugrohrs an ein Verdichtergehäuse dienenden Flansch verjüngt. Ein weiteres Absorptionselement kann als Ringstruktur mit Wabenkern ausgebildet sein, der mit einem ersten Abschnitt in das Ansaugrohr und mit einem zweiten Abschnitt in das Verdichtergehäuse hineinragt. Ein anderes Absorptionselement kann als faltenbalgartiger Abschnitt der Wandung des Ansaugrohrs ausgebildet sein, der sich mit einem ersten Ende an einen zylindrischen Abschnitt der Wandung des Ansaugrohrs und mit einem zweiten Ende an ein Verdichtergehäuse anschließt. Das Ansaugrohr weist einen Flansch zur Anbindung des Ansaugsystems an das Verdichtergehäuse des Verdichters auf, wobei an diesem Flansch vorzugsweise eine Sollbruchstelle ausgebildet ist. Diese im Bereich des Ansaugrohrs vorgesehenen Mittel erlauben alleine oder in Kombination miteinander ebenfalls die Bereitstellung eines effektiven Berstschutzes bzw. Containmentschutzes, vorzugsweise zur Nachrüstung von bereits bestehenden, älteren Abgasturboladern.According to a further advantageous development, the intake pipe has at least one absorption element, which serves on the one hand the flow guidance of the charge air to be compressed and on the other hand, in the event of damage to the compressor, the degradation of kinetic energy of fragments of the compressor rotor. An absorption element has a frustoconical lateral surface and is surrounded on the outside by a wall of the intake pipe, the frustoconical lateral surface preferably tapering in the direction of a flange serving to connect the intake pipe to a compressor housing. A further absorption element may be formed as a ring structure with honeycomb core, which projects with a first portion in the intake manifold and with a second portion in the compressor housing. Another absorbent element can be used as a bellows-like section of the Be formed wall of the intake pipe, which connects with a first end to a cylindrical portion of the wall of the intake pipe and with a second end to a compressor housing. The intake pipe has a flange for connecting the intake system to the compressor housing of the compressor, wherein a predetermined breaking point is preferably formed on this flange. These means provided in the region of the intake pipe, alone or in combination with one another, also allow the provision of effective burst protection or containment protection, preferably for retrofitting existing, older exhaust gas turbochargers.
Der erfindungsgemäße Abgasturbolader ist in Anspruch 13 definiert.The exhaust gas turbocharger according to the invention is defined in
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert.Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. Embodiments of the invention will be described, without being limited thereto, with reference to the drawings.
Dabei zeigt:Showing:
Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader. Ein Abgasturbolader verfügt über eine Turbine, einen Verdichter und ein Ansaugsystem. Die Turbine des Abgasturboladers verfügt über ein vorzugsweise mehrteiliges Turbinengehäuse mit einem Zuströmgehäuse und einem Abströmgehäuse sowie über einen im Turbinengehäuse aufgenommenen Turbinenrotor. Der Verdichter des Abgasturboladers umfasst ein vorzugsweise mehrteiliges Verdichtergehäuse mit einem Lagergehäuse, Spiralgehäuse und einem am Spiralgehäuse montierten Einsatzstück. Ferner verfügt der Verdichter über einen im Verdichtergehäuse aufgenommenen Verdichterrotor, der mit dem Turbinenrotor gekoppelt ist.The invention relates to an exhaust gas turbocharger. An exhaust gas turbocharger has a turbine, a compressor and an intake system. The turbine of the exhaust gas turbocharger has a preferably multi-part turbine housing with a Zuströmgehäuse and a discharge housing and a recorded in the turbine housing turbine rotor. The compressor of the exhaust gas turbocharger comprises a preferably multi-part compressor housing with a bearing housing, spiral housing and an insert mounted on the spiral housing. Further, the compressor has a compressor rotor housed in the compressor housing, which is coupled to the turbine rotor.
In der Turbine wird Abgas entspannt und hierbei gewonnene Energie genutzt, um im Bereich des Verdichters Ladeluft zu verdichten. Das Ansaugsystem des Abgasturboladers dient dem Ansaugen der im Bereich des Verdichters zu verdichtenden Ladeluft. Dabei umfasst das Ansaugsystem einen Ansaugschalldämpfer oder ein Ansaugrohr, über welches die angesaugte Ladeluft ausgehend vom Ansaugelement/-schalldämpfer in Richtung auf den Verdichter geführt werden kann.In the turbine, exhaust gas is expanded and thereby used energy used to compress charge air in the area of the compressor. The intake system of the exhaust gas turbocharger serves to suck in the charge air to be compressed in the area of the compressor. In this case, the intake system comprises an intake silencer or an intake pipe, via which the intake charge air can be conducted starting from the intake element / silencer in the direction of the compressor.
Dieser grundsätzliche Aufbau eines Abgasturboladers ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig.This basic structure of an exhaust gas turbocharger is familiar to the person skilled in the art.
Im Betrieb eines Abgasturboladers besteht die Gefahr, dass insbesondere der Verdichterrotor bricht und Bruchstücke desselben das Verdichtergehäuse des Verdichters durchschlagen und in die Umgebung desselben gelangen. Dies stellt ein erhebliches Gefährdungspotenzial dar. Daher ist es von Bedeutung, für einen Abgasturbolader einen effektiven Berstschutz bzw. Containmentschutz bereitzustellen. Dies gilt insbesondere für bereits bestehende, ältere Abgasturbolader, die bereits im Feld genutzt werden. Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun ein Ansaugsystem für einen Abgasturbolader, mit welchem ein effektiver Containmentschutz bzw. Berstschutz für einen Abgasturbolader bereitgestellt werden kann, und der sich insbesondere zur Nachrüstung älterer, bereits genutzter Abgasturbolader eignet.In the operation of an exhaust gas turbocharger, there is a risk that in particular the compressor rotor breaks and fragments thereof penetrate the compressor housing of the compressor and get into the environment thereof. This represents a considerable hazard potential. It is therefore important to provide effective burst protection or containment protection for an exhaust gas turbocharger. This applies in particular to existing, older turbochargers that are already in use in the field. The present invention now relates to an intake system for an exhaust gas turbocharger, with which an effective containment protection or burst protection for an exhaust gas turbocharger can be provided, and which is particularly suitable for retrofitting older, already used exhaust gas turbocharger.
Im Sinne der Erfindung ist das Ansaugsystem als nachrüstbare Einheit ausgebildet, wobei der Ansaugschalldämpfer und/oder das Ansaugrohr Mittel umfassen, die in einem Schadensfall des Verdichters des Abgasturboladers, nämlich im Schadensfall des Verdichterrotors desselben, kinetische Energie von Bruchstücken des Verdichterrotors abbauen und so einen Containmentschutz bzw. Berstschutz ausbilden.According to the invention, the intake system is designed as a retrofittable unit, wherein the intake silencer and / or the intake manifold comprise means which, in the event of damage to the compressor of the exhaust gas turbocharger, namely in the event of damage to the compressor rotor of the same, reduce kinetic energy of fragments of the compressor rotor and thus a containment protection or form bursting protection.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf
Im Ausführungsbeispiel der
Dann, wenn im Schadensfall des Verdichterrotors
Diese Schraubverbindung zwischen Einsatzstück
Der als Absorptionselement dienende, faltenbalgartige Abschnitt
Die faltenbalgartige Struktur des Abschnitts
Zwischen den Flanschen
Das Absorptionselement
Eine weitere Ausgestaltung zeigt
Im Ausführungsbeispiel der
Wie bereits ausgeführt, kann auch der Ansaugschalldämpfer
So zeigt
Im Ausführungsbeispiel der
In
Der Ansaugschalldämpfer
Eine weitere Variante eines Ansaugschalldämpfers
Die Erfindung stellt im Bereich eines Ansaugsystems eines Abgasturboladers einen effektiven Containmentschutz bzw. Berstschutz bereit. Mit der Erfindung können insbesondere ältere, bereits bestehende, im Feld benutzte Abgasturbolader nachgerüstet werden, nämlich durch einfachen Austausch eines bestehenden Ansaugsystems mit einem erfindungsgemäßen Ansaugsystem über die Flanschverbindung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Ansaugsystemintake system
- 1111
- Verdichtercompressor
- 1212
- Ansaugschalldämpferintake silencer
- 1313
- Ansaugrohrintake
- 1414
- Spiralgehäusevolute
- 1515
- Einsatzstückinsert
- 1616
- Verdichterrotorcompressor rotor
- 1717
- Abschnittsection
- 1818
- Absorptionselement/AbschnittAbsorber / Section
- 1919
- Flanschflange
- 2020
- Flanschflange
- 2121
- Flanschflange
- 21a21a
- Abschnittsection
- 21b21b
- Abschnittsection
- 2222
- Flanschflange
- 22a22a
- Abschnittsection
- 22b22b
- Abschnittsection
- 2323
- Nutgroove
- 2424
- Wandungwall
- 2525
- Absorptionselementabsorbing element
- 2626
- Absorptionselementabsorbing element
- 2727
- Wabenkernhoneycomb core
- 2828
- Tragstruktursupporting structure
- 2929
- Vorsprunghead Start
- 3030
- Vorderwandfront wall
- 3131
- Rückwandrear wall
- 3232
- Platte/RippePlate / fin
- 3333
- Tragelementsupporting member
- 3434
- SollbruchstelleBreaking point
- 3535
- Flanschflange
- 3636
- Flanschflange
- 3737
- Hüllkörperenveloping body
- 3838
- Dämmstoffinsulation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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