DE102021121533A1

DE102021121533A1 - Exhaust gas turbocharger with adjustable diffuser

Info

Publication number: DE102021121533A1
Application number: DE102021121533.1A
Authority: DE
Inventors: Lukas Nolting; Hans-Peter Oehl; Peter Fledersbacher; Christian Holzschuh
Original assignee: IHI Charging Systems International GmbH
Current assignee: IHI Charging Systems International GmbH
Priority date: 2021-08-19
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2023-02-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturboladers (1) mit einem verstellbaren Leitapparat (2), wobei der Abgasturbolader (1) ein Gehäuse (15) umfassend zumindest einen Abgasführungsabschnitt (3) und einen weiteren Gehäuseabschnitt (4) aufweist, wobei der verstellbare Leitapparat (2) zumindest teilweise im Abgasführungsabschnitt (3) angeordnet ist, und sich zumindest gegen den weiteren Gehäuseabschnitt (4) zumindest mittelbar abstützend ausgebildet ist, und wobei der verstellbare Leitapparat (2) einen Lagerring (5) und einen Konturring (6) aufweist, wobei zwischen dem Lagerring (5) und dem Konturring (6) Leitschaufeln (7) verdrehbar aufgenommen sind, welche stromauf eines im Abgasführungsabschnitt (3) rotierbar ausgebildeten Turbinenrades des Abgasturboladers (1), dieses umfassend angeordnet sind, und wobei Leitschaufelwellen (8) der Leitschaufeln (7) zumindest im Lagerring (5) verdrehbar aufgenommen sind.Erfindungsgemäß ist zur Herbeiführung einer schwimmenden Lagerung des verstellbaren Leitapparates (2) der verstellbare Leitapparat (2) mit Hilfe eines Zugankers (16) und eines entgegen einer Wirkrichtung des Zugankers (16) wirkenden Federelementes (17) im Gehäuse (15) positioniert.The invention relates to an exhaust gas turbocharger (1) with an adjustable guide mechanism (2), the exhaust gas turbocharger (1) having a housing (15) comprising at least one exhaust gas routing section (3) and a further housing section (4), the adjustable guide mechanism (2) is arranged at least partially in the exhaust gas routing section (3) and is designed to be at least indirectly supported at least against the further housing section (4), and wherein the adjustable diffuser (2) has a bearing ring (5) and a contour ring (6), with between the Bearing ring (5) and the contour ring (6) guide vanes (7) are rotatably accommodated, which are arranged upstream of a rotatable turbine wheel of the exhaust gas turbocharger (1) in the exhaust gas guide section (3), and wherein guide vane shafts (8) of the guide vanes (7 ) are rotatably accommodated at least in the bearing ring (5). According to the invention, to bring about a floating mounting of the adjustable Le itapparates (2), the adjustable diffuser (2) is positioned in the housing (15) with the aid of a tie rod (16) and a spring element (17) acting counter to an effective direction of the tie rod (16).

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem verstellbaren Leitapparat gemäß Patentanspruch 1.The invention relates to an exhaust gas turbocharger with an adjustable diffuser according to patent claim 1.

Abgasturbolader mit verstellbaren Leitapparaten sind bekannt. Die verstellbaren Leitapparate dienen einer Änderung eines Strömungsquerschnitts stromauf eines Turbinenrades des Abgasturboladers, damit ein verbessertes Betriebsverhalten erzielt wird, insbesondere ein so genanntes Turboloch eliminiert, zumindest reduziert wird. Die verstellbaren Leitapparate sind unmittelbar im das Turbinenrad beaufschlagenden heißen Abgasstrom aufgenommen und unterliegen somit Ausdehnungsänderungen und Verzügen, welche zu einer Funktionsaufhebung des verstellbaren Leitapparates führen können.Exhaust gas turbochargers with adjustable guide vanes are known. The adjustable guide vanes are used to change a flow cross section upstream of a turbine wheel of the exhaust gas turbocharger, so that improved operating behavior is achieved, in particular a so-called turbo lag is eliminated or at least reduced. The adjustable guide vanes are accommodated directly in the hot exhaust gas flow acting on the turbine wheel and are therefore subject to changes in expansion and distortions, which can lead to the adjustable guide vanes no longer being able to function.

Aus der Druckschrift DE 10 2004 038 748 A1 ist bspw. ein verstellbarer Leitapparat eines Abgasturboladers bekannt, welcher quasi schwimmend gelagert in einem Abgasführungsabschnitt des Abgasturboladers aufgenommen ist. Der offenbarte verstellbare Leitapparat weist einen Lagerring zur verdrehbaren Lagerung von Leitschaufeln auf, die an ihrer vom Lagerring abgewandt ausgebildeten Stirnseite unmittelbar an den Abgasführungsabschnitt angrenzend ausgebildet sind. Wellen der Leitschaufeln sind somit einseitig gelagert ausgeführt.From the pamphlet DE 10 2004 038 748 A1 For example, an adjustable diffuser of an exhaust gas turbocharger is known, which is mounted in a quasi-floating manner in an exhaust gas guide section of the exhaust gas turbocharger. The adjustable diffuser disclosed has a bearing ring for the rotatable mounting of guide vanes, which are formed directly adjacent to the exhaust gas routing section on their end face that faces away from the bearing ring. Shafts of the guide vanes are thus designed with bearings on one side.

Die Patentschrift DE 10 2008 014 678 B4 offenbart einen verstellbaren Leitapparat eines Abgasturboladers, welcher kassettenartig ausgebildet ist und einen Lagerring sowie einen Stützring aufweist, zwischen denen Leitschaufeln des Leitapparates verdrehbar aufgenommen sind, wobei Wellen der Leitschaufeln an ihrem einen Ende im Lagerring und an ihrem anderen Ende im Stützring gelagert sind. Damit ein sicherer Spalt zwischen den Ringen zur Bewegbarkeit der Leitschaufeln vorliegt, ist ein Distanzelement zwischen den Ringen ausgebildet, welches mit Hilfe einer sowohl den Lagerring als auch den Stützring in axialer Richtung durchdringenden Schraube gesichert zwischen den beiden Ringen positioniert ist. Die Schraube ist sich ausgehend vom Stützring in axialer Richtung über den Lagerring hinaus, einen Form- und Kraftschluss mit einem dem Abgasführungsabschnitt axial benachbarten Lagerabschnitt bildend ausgeführt.The patent specification DE 10 2008 014 678 B4 discloses an adjustable guide vane of an exhaust gas turbocharger, which is designed in the manner of a cassette and has a bearing ring and a support ring, between which guide vanes of the guide vane are rotatably accommodated, shafts of the guide vanes being mounted at one end in the bearing ring and at their other end in the support ring. So that there is a secure gap between the rings for the mobility of the guide vanes, a spacer element is formed between the rings, which is positioned securely between the two rings with the aid of a screw penetrating both the bearing ring and the support ring in the axial direction. Starting from the support ring, the screw extends in the axial direction beyond the bearing ring, forming a positive and non-positive fit with a bearing section that is axially adjacent to the exhaust gas routing section.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit des Abgasturboladers mit einfachen Maßnahmen zu verbessern.Proceeding from this state of the art, the object of the invention is to improve the operational reliability of the exhaust gas turbocharger with simple measures.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Abgasturbolader mit einem verstellbaren Leitapparat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.According to the invention, this object is achieved with an exhaust gas turbocharger with an adjustable diffuser with the features of claim 1 . Advantageous configurations with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader mit einem verstellbaren Leitapparat besitzt ein Gehäuse, umfassend einen Abgasführungsabschnitt und ein weiteren Gehäuseabschnitt. Der verstellbare Leitapparat ist zumindest teilweise im Abgasführungsabschnitt angeordnet, und ist sich zumindest gegen den weiteren Gehäuseabschnitt zumindest mittelbar abstützend ausgebildet. Der verstellbare Leitapparat weist einen Lagerring und einen Konturring auf, wobei zwischen dem Lagerring und dem Konturring Leitschaufeln verdrehbar aufgenommen sind, welche stromauf eines im Abgasführungsabschnitt rotierbar ausgebildeten Turbinenrades des Abgasturboladers, dieses umfassend angeordnet sind. Leitschaufelwellen der Leitschaufeln sind zumindest im Lagerring verdrehbar aufgenommen. Erfindungsgemäß ist zur Herbeiführung einer schwimmenden Lagerung des verstellbaren Leitapparates der verstellbare Leitapparat mit Hilfe eines Zugankers und eines entgegen einer Wirkrichtung des Zugankers wirkenden Federelementes im Gehäuse positioniert.An exhaust gas turbocharger according to the invention with an adjustable diffuser has a housing, comprising an exhaust gas routing section and a further housing section. The adjustable guide apparatus is at least partially arranged in the exhaust gas duct section and is designed to be at least indirectly supported at least against the further housing section. The adjustable diffuser has a bearing ring and a contour ring, guide vanes being rotatably accommodated between the bearing ring and the contour ring, which are arranged upstream of a turbine wheel of the exhaust gas turbocharger that is rotatably designed in the exhaust gas guide section and encompasses the latter. Guide vane shafts of the guide vanes are rotatably accommodated at least in the bearing ring. According to the invention, to bring about a floating mounting of the adjustable guide mechanism, the adjustable guide mechanism is positioned in the housing with the aid of a tie rod and a spring element acting counter to an effective direction of the tie rod.

Der Vorteil der mit Hilfe des Zugankers und des Federelementes ausgebildeten Positionierung des verstellbaren Leitapparates ist darin zu sehen, dass der Leitapparat vollkommen schwimmend gelagert werden kann, damit die Funktionssicherheit des verstellbaren Leitapparates und somit die Betriebssicherheit des Abgasturboladers herbeigeführt sind. Die schwimmende Lagerung ergibt einen Freiheitsgrad zwischen dem Trägerring und dem Konturring, wodurch ein Verzug des Trägerrings und des Konturrings auch bei hohen Temperaturen im Vergleich zum Stand der Technik, in dem üblicherweise der Konturring und der Trägerring miteinander vernietet sind, reduziert ist.The advantage of using the tie rod and the spring element to position the adjustable diffuser is that the diffuser can be mounted completely floating so that the functional reliability of the adjustable diffuser and thus the operational reliability of the exhaust gas turbocharger are brought about. The floating mounting results in a degree of freedom between the carrier ring and the contour ring, which reduces distortion of the carrier ring and the contour ring, even at high temperatures, compared to the prior art, in which the contour ring and the carrier ring are usually riveted together.

Zur Verbesserung einer Leistung ist der Abgasturbolader mit einem verstellbaren Leitapparat ausgestattet, welcher eine veränderliche Einstellung eines wirksamen Strömungseintrittsquerschnitts zum Turbinenrad ermöglicht. Ein zur Gewährleistung der Funktion eines solchen verstellbaren Leitapparates notwendige Leitschaufelspalt wird bestimmt durch Werkstoff und Geometrie der Leitschaufeln sowie durch Position und Werkstoff von Distanzelementen, mit denen ein Kaltspiel des verstellbaren Leitapparates eingestellt wird. Eine weitere Einflussgröße ist ein durch thermische und mechanische Belastung entstehender Versatz zwischen den beiden Ringen, zu denen die Leitschaufeln stirnseitig mit möglichst kleinem Spalt abschließen sollen. Da der Abstand zwischen diesen beiden in der Regel nur durch drei Distanzelemente bestimmt wird, kann ein Betriebsspalt von einer Leitschaufel zur anderen merklich variieren. Dazu kommt, dass beispielsweise bei einem raschen Anstieg einer Temperatur eines den verstellbaren Leitapparat durchströmenden gasförmigen Mediums, im allgemeinen Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, sich die Distanzelemente, welche üblicherweise als Niet den Konturring und den Trägerring miteinander verbindend ausgeführt sind, wesentlich langsamer erwärmen und somit langsamer ausdehnen als die Leitschaufeln.To improve performance, the exhaust gas turbocharger is equipped with an adjustable diffuser, which enables variable adjustment of an effective flow inlet cross section to the turbine wheel. A guide vane gap necessary to ensure the function of such an adjustable guide vane is determined by the material and geometry of the guide vanes and by the position and material of spacer elements with which a cold clearance of the adjustable guide vane is set. A further influencing factor is an offset between the two rings, which is caused by thermal and mechanical stress, and the guide vanes should end with the smallest possible gap at the front. Because the distance between these two is typically determined by only three spacers, an operating gap can vary appreciably from one vane to another. In addition, for example When the temperature of a gaseous medium flowing through the adjustable diffuser, generally exhaust gas from an internal combustion engine, rises rapidly, the spacer elements, which are usually designed as rivets connecting the contour ring and the support ring, heat up much more slowly and thus expand more slowly than the guide vanes.

Mit Hilfe der schwimmenden Lagerung besteht die Möglichkeit einer axialen Bewegung des verstellbaren Leitapparates innerhalb eines bestimmten Rahmens, oder mit anderen Worten, begrenzt durch eine Zugkraft des Zugankers, zu realisieren. Zur Stabilisierung und Herbeiführung notwendiger Bewegungsspalte zwischen den Leitschaufeln und den die Leitschaufeln in axialer Richtung begrenzenden Ringen des verstellbaren Leitapparates, ist das Federelement eine Gegenkraft zur Zugkraft des Zugankers herbeiführend ausgebildet.With the help of the floating mounting, there is the possibility of realizing an axial movement of the adjustable diffuser within a certain framework, or in other words, limited by a tensile force of the tie rod. In order to stabilize and bring about the necessary movement gaps between the guide vanes and the rings of the adjustable diffuser that delimit the guide vanes in the axial direction, the spring element is designed to bring about a counterforce to the tensile force of the tie rod.

Vorteilhaft ist der Zuganker im weiteren Gehäuseabschnitt, welcher üblicherweise ein Lagerabschnitt des Abgasturboladers ist, kraftschlüssig und/oder formschlüssig aufgenommen. Somit besteht die Möglichkeit den verstellbaren Leitapparat, welcher in Form einer Kartusche oder in Modulbauweise ausgebildet ist, am weiteren Gehäuseabschnitt, welcher üblicherweise ein zur Lagerung einer Welle eines Laufzeugs des Abgasturboladers ausgebildeter Lagerabschnitt ist, zu fixieren. Eine Abstützung am üblicherweise heißen Abgasführungsabschnitt ist nicht mehr zwingend notwendig.Advantageously, the tie rod is accommodated in a non-positive and/or positive manner in the further housing section, which is usually a bearing section of the exhaust gas turbocharger. There is thus the possibility of fixing the adjustable diffuser, which is designed in the form of a cartridge or in a modular design, on the further housing section, which is usually a bearing section designed to support a shaft of a rotor of the exhaust gas turbocharger. A support on the usually hot exhaust gas routing section is no longer absolutely necessary.

Der Zuganker ist den Lagerring und/oder den Konturring vollständig in axialer Richtung durchdringend angeordnet, wobei zwischen dem Zuganker und dem Lagerring und/oder Konturring ein Radialspiel ausgebildet ist. Der Vorteil ist eine vollständige axiale Bewegbarkeit des verstellbaren Leitapparates, welche ausschließlich durch die vom Zuganker und dem Federelement aufgebrachten Kräfte beschränkt ist.The tie rod is arranged to penetrate the bearing ring and/or the contour ring completely in the axial direction, with radial play being formed between the tie rod and the bearing ring and/or contour ring. The advantage is complete axial mobility of the adjustable diffuser, which is only limited by the forces applied by the tie rod and the spring element.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasturboladers ist zwischen dem Lagerring und dem Konturring ein Distanzelement angeordnet, welches den Zuganker zumindest teilweise umfassend ausgeführt ist. Der Vorteil ist, dass das üblicherweise einen Abstand zwischen dem Lagerring und dem Konturring sichernde Distanzelement bauraumoptimiert angeordnet und ausgebildet werden kann.In a further embodiment of the exhaust gas turbocharger according to the invention, a spacer element is arranged between the bearing ring and the contour ring, which is designed to encompass the tie rod at least partially. The advantage is that the spacer element that usually secures a distance between the bearing ring and the contour ring can be arranged and configured in a space-optimized manner.

Vorteilhaft ist das Distanzelement in Form einer Hülse ausgebildet, wobei zwischen dem Zuganker und dem Distanzelement ein Bewegungsspalt vorliegt, damit eine vollständige, im Rahmen der Kräfte des Zugankers und des Federelementes mögliche axiale Bewegbarkeit des verstellbaren Leitapparates realisierbar ist.The spacer element is advantageously designed in the form of a sleeve, with a movement gap between the tie rod and the spacer element so that complete axial mobility of the adjustable diffuser can be realized within the framework of the forces of the tie rod and the spring element.

Vorteilhaft ist das Distanzelement kostengünstig einstückig mit dem Zuganker ausgebildet.The spacer element is advantageously formed in one piece with the tie rod at low cost.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Federelement koaxial mit einer Drehachse des Turbinenrades ausgebildet, wobei ein üblicherweise im Abgasturbolader vorhandener Hitzeschild die Funktion des Federelementes übernehmen könnte.In a further refinement, the spring element is designed coaxially with an axis of rotation of the turbine wheel, in which case a heat shield which is usually present in the exhaust gas turbocharger could assume the function of the spring element.

Ebenso kann das Federelement koaxial mit dem Zuganker ausgebildet sein. So kann das Federelement kompakt und kostengünstig hergestellt werden.Likewise, the spring element can be formed coaxially with the tie rod. Thus, the spring element can be made compact and inexpensive.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasturboladers weist der verstellbare Leitapparat ein Sicherungselement zur Verdrehsicherung des Zugankers auf. Insbesondere, sofern der Zuganker in Form einer Schraube ausgeführt ist, könnte es aufgrund von Vibrationen und Erschütterung im Betrieb des Abgasturboladers, insbesondere in einem Betrieb in einem Kraftfahrzeug, zu einem Lösen der Schraube kommen. Das heißt mit anderen Worten, dass der Zuganker um seine Achse rotieren könnte. Dies kann mit einem Sicherungselement, welches bspw. in Form eines Stiftes, bspw. in Form eines Achshalters ausgeführt ist, vermieden werden.In a further embodiment of the exhaust gas turbocharger according to the invention, the adjustable diffuser has a securing element for preventing the tie rod from rotating. In particular, if the tie rod is designed in the form of a screw, the screw could come loose due to vibrations and shock during operation of the exhaust gas turbocharger, in particular during operation in a motor vehicle. In other words, this means that the tie rod could rotate about its axis. This can be avoided with a securing element, which is designed, for example, in the form of a pin, for example in the form of an axle holder.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es zeigen:

1 in einer Seitenansicht einen verstellbaren Leitapparat eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers in einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 in einem Längsschnittausschnitt den erfindungsgemäßen Abgasturbolader gem. 1, und
3 in einem Längsschnittausschnitt den erfindungsgemäßen Abgasturbolader in einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Further advantages, features and details of the invention result from the following description of a preferred exemplary embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the single figure can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention. Show it:

1 in a side view an adjustable diffuser of an exhaust gas turbocharger according to the invention in a first embodiment,
2 in a longitudinal section cut the exhaust gas turbocharger according to the invention gem. 1 , and
3 in a longitudinal sectional detail the exhaust gas turbocharger according to the invention in a second embodiment.

Ein in einem Längsschnittausschnitt in 2 abgebildeter erfindungsgemäßer Abgasturbolader 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel weist einen verstellbaren Leitapparat 2, wie er in 1 in einer Seitenansicht abgebildet ist, auf. Der Abgasturbolader 1 umfasst einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt 3, in dem in einer nicht näher dargestellten Radkammer ein nicht näher abgebildetes Turbinenrad des Abgasturboladers 1 drehbar aufgenommen ist. Der verstellbare Leitapparat 2 ist das Turbinenrad radial umfassend im Abgasführungsabschnitt 3 aufgenommen.A in a longitudinal cutout in 2 The illustrated exhaust gas turbocharger 1 according to the invention in a first exemplary embodiment has an adjustable diffuser 2, as is shown in 1 in a rope ten view is shown on. The exhaust gas turbocharger 1 comprises an exhaust gas routing section 3 through which a flow can take place, in which a turbine wheel, not shown in detail, of the exhaust gas turbocharger 1 is rotatably accommodated in a wheel chamber that is not shown in detail. The adjustable diffuser 2 is accommodated in the exhaust gas routing section 3 radially encompassing the turbine wheel.

Der Abgasturbolader 1 weist weiter einen nicht näher dargestellten durchströmbaren Luftführungsabschnitt zum Ansaugen und Verdichten von Frischluft auf, in dessen nicht näher dargestellter Radkammer ein nicht näher dargestelltes Verdichterrad rotierbar aufgenommen ist. Das Verdichterrad ist drehfest mit dem Turbinenrad mit Hilfe einer nicht näher abgebildeten Welle verbunden, welche in einem zwischen dem Abgasführungsabschnitt 3 und dem Frischluftführungsabschnitt angeordneten Lagerabschnitt 4 drehbar gelagert ist.The exhaust gas turbocharger 1 also has an air duct section, not shown in detail, through which air can flow for sucking in and compressing fresh air, in whose wheel chamber, not shown in detail, a compressor wheel, not shown in detail, is rotatably accommodated. The compressor wheel is non-rotatably connected to the turbine wheel by means of a shaft, not shown in detail, which is rotatably mounted in a bearing section 4 arranged between the exhaust gas guide section 3 and the fresh air guide section.

Bei einer Beaufschlagung des Turbinenrades mit bevorzugt heißem, gasförmigem Medium, beispielsweise Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, wird dieses in Rotation versetzt, wobei das Verdichterrad ebenfalls mit Hilfe der durch die Welle ausgebildeten drehfesten Verbindung in Rotation versetzt wird und Luft aus der Umgebung angesaugt und auf einen erhöhten Ladedruck verdichtet wird.When the turbine wheel is acted upon by a preferably hot, gaseous medium, for example exhaust gas from an internal combustion engine, it is set in rotation, with the compressor wheel also being set in rotation with the aid of the non-rotatable connection formed by the shaft and air being sucked in from the environment and raised to a higher pressure Boost pressure is compressed.

Mit Hilfe des verstellbaren Leitapparates 2 ist ein wirksamer Strömungseintrittsquerschnitt stromauf des Turbinenrades veränderlich einstellbar. Der verstellbare Leitapparat 2 ist insbesondere zwischen einer den freien Strömungseintrittsquerschnitt minimierenden Staustellung und einer maximalen Öffnungsstellung zu verstellen.With the aid of the adjustable diffuser 2, an effective flow inlet cross section upstream of the turbine wheel can be variably adjusted. The adjustable diffuser 2 is to be adjusted in particular between a dammed position minimizing the free flow inlet cross section and a maximum open position.

Der Abgasführungsabschnitt 2 weist stromauf der Radkammer einen nicht näher abgebildeten Spiralkanal auf, welcher über einen nicht näher abgebildeten Eintrittskanal mit dem heißen gasförmigen Medium versorgt wird. Zwischen dem Spiralkanal und der Radkammer ist ein Zuströmkanal 14 ausgebildet, welcher radial in die Radkammer mündet, in der das Turbinenrad drehbar gelagert ist. Über den Zuströmkanal 14 strömendes heißes gasförmiges Medium trifft radial auf das Turbinenrad auf. Das unter Überdruck stehende heiße gasförmige Medium treibt das Turbinenrad an und verlässt in entspanntem Zustand den Abgasführungsabschnitt 3 axial über einen nicht näher abgebildeten Auslasskanal.Upstream of the wheel chamber, the exhaust gas routing section 2 has a spiral channel, not shown in detail, which is supplied with the hot gaseous medium via an inlet channel, not shown in detail. An inflow channel 14 is formed between the spiral channel and the wheel chamber, which opens radially into the wheel chamber in which the turbine wheel is rotatably mounted. Hot gaseous medium flowing via the inflow channel 14 impinges radially on the turbine wheel. The hot gaseous medium, which is under overpressure, drives the turbine wheel and, in a relaxed state, exits the exhaust gas guide section 3 axially via an outlet channel that is not shown in detail.

Der Abgasturbolader 1 weist in seinem Abgasführungsabschnitt 3 den verstellbaren Leitapparat 2 auf. Der verstellbare Leitapparat 2 umfasst einen Lagerring 5 und einen dem Lagerring 5 axial gegenüberliegend angeordneten Konturring 6, der sich am Abgasführungsabschnitt 3 abstützt. Zwischen dem Lagerring 5 und dem Konturring 6 sind über einem Umfang des Turbinenrades gleichmäßig verteilt Leitschaufeln 7 verdrehbar gelagert. Jede Leitschaufel 7 ist drehfest mit einer Schaufelwelle 8 verbunden, welche verdrehbar im Lagerring 5 und im Konturring 6 aufgenommen ist. An einer vom Konturring 6 abgewandt ausgebildeten Stirnfläche 9 des Lagerrings 5 ist jeder Schaufelwelle 8 ein Hebelarm 10 zugeordnet, mit dem sie drehfest verbunden ist.The exhaust gas turbocharger 1 has the adjustable diffuser 2 in its exhaust gas routing section 3 . The adjustable diffuser 2 comprises a bearing ring 5 and a contour ring 6 which is arranged axially opposite the bearing ring 5 and is supported on the exhaust gas routing section 3 . Between the bearing ring 5 and the contour ring 6 guide vanes 7 are rotatably mounted evenly distributed over a circumference of the turbine wheel. Each vane 7 is connected in a torque-proof manner to a vane shaft 8 which is accommodated in the bearing ring 5 and in the contour ring 6 so that it can rotate. On an end face 9 of the bearing ring 5 that faces away from the contour ring 6, each vane shaft 8 is assigned a lever arm 10 with which it is non-rotatably connected.

Der Hebelarm 10 ist an seinem von der Schaufelwelle 8 abgewandt ausgebildeten Ende 11 in eine Aufnahmeöffnung 12 eines Drehrings 13 des verstellbaren Leitapparates 2 eingreifend ausgebildet, damit mit einer Verdrehung des Drehrings 13 eine Verschwenkung der Leitschaufel 7 erfolgen kann.The lever arm 10 is designed to engage in a receiving opening 12 of a rotary ring 13 of the adjustable diffuser 2 at its end 11 facing away from the vane shaft 8 so that the guide vane 7 can be pivoted by rotating the rotary ring 13 .

Die Leitschaufeln 7 sind in den Zuströmkanal 14 hineinragend ausgebildet, wobei ihre Winkelposition mit Hilfe des Drehrings 13 einstellbar ist, wodurch sich zum einen ein wirksamer, freier Strömungseintrittsquerschnitt veränderbar ist und zum anderen die Durchströmung des heißen gasförmigen Mediums, insbesondere ein aufzuprägender Drall veränderbar ist, unter dem das heiße gasförmige Medium auf das Turbinenrad auftrifft.The guide vanes 7 are designed to protrude into the inflow channel 14, with their angular position being adjustable with the aid of the rotary ring 13, as a result of which, on the one hand, an effective, free flow inlet cross section can be changed and, on the other hand, the throughflow of the hot gaseous medium, in particular a swirl to be imposed, can be changed. below which the hot gaseous medium hits the turbine wheel.

Der verstellbare Leitapparat 2 ist in Form eines Moduls ausgebildet, damit eine Montage des Abgasturboladers 1 vereinfacht und somit kostengünstig ist. Im Betrieb unterliegt der verstellbare Leitapparat 2 Temperaturschwankungen, wodurch sich Verformungen ergeben, die zu einem Verklemmen bspw. des Drehrings 13 oder der Leitschaufeln 7 führen können. Zur Steigerung der Betriebssicherheit des Abgasturboladers 1 ist der verstellbare Leitapparat 2 zwischen dem Abgasführungsabschnitt 3 und dem Lagerabschnitt 4 schwimmend gelagert aufgenommen, wobei der verstellbare Leitapparat 2 mit Hilfe eines Zugankers 16 und eines entgegen einer Wirkrichtung des Zugankers 16 wirkenden Federelementes 17 in einem Gehäuse 15 des Abgasturboladers 1, welches den Abgasführungsabschnitt 3, den Lagerabschnitt 4 und den Luftführungsabschnitt umfasst, positioniert ist.The adjustable diffuser 2 is designed in the form of a module, so that assembly of the exhaust gas turbocharger 1 is simplified and therefore inexpensive. During operation, the adjustable diffuser 2 is subject to temperature fluctuations, resulting in deformations that can lead to the rotating ring 13 or the guide vanes 7 jamming, for example. To increase the operational reliability of the exhaust gas turbocharger 1, the adjustable guide mechanism 2 is accommodated in a floating manner between the exhaust gas routing section 3 and the bearing section 4, with the adjustable guide mechanism 2 being held in a housing 15 of the Exhaust gas turbocharger 1, which comprises the exhaust gas guide section 3, the bearing section 4 and the air guide section, is positioned.

Der Zuganker 16 ist im Lagerabschnitt 4 kraft- und formschlüssig aufgenommen und ist in Form einer Schraube ausgebildet. Er ist sich in axialer Richtung vollständig durch den Lagerring 5 und den Konturring 6 erstreckend ausgebildet, wobei zur Aufnahme des Zugankers 16 der Lagerring 5 eine erste Öffnung 18 und der Konturring 6 eine zweite Öffnung 19 aufweisen. Zur schwimmenden Lagerung sind die Öffnungen 18, 19 größer ausgebildet als der Zuganker 16, wodurch ein Radialspiel 20 zwischen dem Zuganker 16 und den Ringen 5, 6 vorliegt. Das heißt mit anderen Worten, dass der Zuganker 16 den Lagerring 5 und den Konturring 6 vollständig in axialer Richtung durchdringend angeordnet ist, wobei zwischen dem Zuganker 16 und dem Lagerring 5 und dem Konturring 6 das Radialspiel 20 vorliegt.The tie rod 16 is received in the bearing section 4 in a non-positive and positive manner and is designed in the form of a screw. It is designed to extend completely through the bearing ring 5 and the contour ring 6 in the axial direction, with the bearing ring 5 having a first opening 18 and the contour ring 6 having a second opening 19 for receiving the tie rod 16 . For floating mounting, the openings 18, 19 are designed to be larger than the tie rod 16, as a result of which there is radial play 20 between the tie rod 16 and the rings 5, 6. In other words, this means that the tie rod 16 penetrates the bearing ring 5 and the contour ring 6 completely in the axial direction is assigned, wherein the radial play 20 is present between the tie rod 16 and the bearing ring 5 and the contour ring 6 .

An seinem vom Lagerabschnitt 4 abgewandt ausgebildeten Ankerende 21 besitzt der Zuganker 16 einen Anschlag 22, welcher einstückig mit dem Zuganker 16 ausgebildet ist. Ebenso könnte der Anschlag 22 auch unabhängig vom Zuganker 16 hergestellt sein, bspw. in Form einer Ringscheibe. Eine Anschlagsfläche 23 des Anschlags 22 ist in radialer Richtung größer auszubilden als ein Öffnungsquerschnitt 24 der zweiten Öffnung 19, damit eine gesicherte Anlagefläche zwischen dem Anschlag 22 und dem Konturring 6 herbeigeführt ist.At its anchor end 21 facing away from the bearing section 4 , the tie rod 16 has a stop 22 which is designed in one piece with the tie rod 16 . Likewise, the stop 22 could also be produced independently of the tie rod 16, for example in the form of an annular disk. A stop surface 23 of the stop 22 is to be formed larger in the radial direction than an opening cross section 24 of the second opening 19 so that a secure contact surface is created between the stop 22 and the contour ring 6 .

Zwischen dem Lagerring 5 und dem Konturring 6 ist ein Distanzelement 25 angeordnet, welches einem gesicherten Abstand der beiden Ringe 5, 6 zueinander dient. Das Distanzelement 25 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Form einer Hülse ausgebildet, wobei zwischen dem Zuganker 16 und dem Distanzelement 25 ein Bewegungsspalt 26 ausgebildet ist. Das Distanzelement 25 ist den Zuganker 16 vollständig umfassend ausgeführt. Ebenso könnte das Distanzelement 25 auch einstückig mit dem Zuganker 16 ausgebildet sein, wobei jedoch dann ein zwischen dem Distanzelement 25 und dem Ringen 5, 6 ausgebildeter Axialspalt 27 größer ausgeführt werden sollte als bei dem auf dem Zuganker 16 bewegbar ausgeführten Distanzelement 25. Sofern das Distanzelement 25 in Form einer Hülse ausgebildet ist, weist sie ein ähnliches Wärmedehnungsverhalten auf wie die Leitschaufeln 7.Between the bearing ring 5 and the contour ring 6, a spacer element 25 is arranged, which is a secured distance between the two rings 5, 6 to each other. In the present exemplary embodiment, the spacer element 25 is in the form of a sleeve, with a movement gap 26 being formed between the tie rod 16 and the spacer element 25 . The spacer element 25 is designed to completely encompass the tie rod 16 . Likewise, the spacer element 25 could also be formed in one piece with the tie rod 16, in which case, however, an axial gap 27 formed between the spacer element 25 and the rings 5, 6 should be larger than in the case of the spacer element 25 designed to be movable on the tie rod 16. If the spacer element 25 is designed in the form of a sleeve, it has a similar thermal expansion behavior as the guide vanes 7.

Das Federelement 17, welches zur Herbeiführung einer Gegenkraft zur Zugkraft des Zugankers 16 und damit zur stabilen Halterung des verstellbaren Leitapparates 2 notwendig ist, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel koaxial mit einer nicht näher dargestellten Drehachse des Turbinenrades ausgebildet, wobei es in Form eines Hitzeschildes ausgeführt ist. Der Hitzeschild 17 ist auf einer stirnseitigen Rückwand des Turbinenrades angeordnet, welches die von dem Turbinenrad ausgehende Wärmeentwicklung gegenüber dem Lagerabschnitt 4 abschirmt. Der Hitzeschild 17 ist in der gezeigten Ausführung unabhängig vom Lagerring 5 ausgeführt und erstreckt sich auf dessen radialer Innenseite, sich an ihm abstützend bis zur Welle.The spring element 17, which is necessary to bring about a counteracting force to the tensile force of the tie rod 16 and thus to stably hold the adjustable diffuser 2, is designed in the present exemplary embodiment coaxially with an axis of rotation of the turbine wheel, which is not shown in detail, and is designed in the form of a heat shield. The heat shield 17 is arranged on a front rear wall of the turbine wheel, which shields the heat development emanating from the turbine wheel from the bearing section 4 . In the embodiment shown, the heat shield 17 is designed independently of the bearing ring 5 and extends on its radial inner side, being supported on it, up to the shaft.

Der Hitzeschild 17 unterstützt eine radiale Fixierung des Lagerrings 5. Darüber hinaus erlaubt dieser als Tellerfeder ausgeführte Hitzeschild 17, den Lagerring 5 mit einer definierten Vorspannung zu beaufschlagen, welche ihn unabhängig von den Gaskräften in Richtung des Abgasführungsabschnitts 3 drückt.The heat shield 17 supports a radial fixation of the bearing ring 5. In addition, this heat shield 17 designed as a plate spring allows the bearing ring 5 to be subjected to a defined preload, which presses it in the direction of the exhaust gas routing section 3 independently of the gas forces.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abgasturboladers 1, welches in 3 abgebildet ist, ist das Federelement 17 koaxial mit dem Zuganker 16 ausgebildet. Das Federelement 17 ist im abgebildeten Ausführungsbeispiel in Form einer Schraubenfeder ausgebildet und stützt sich zur Herbeiführung der axialen Gegenkraft zur Zugkraft des Zugankers 16 am Lagerabschnitt 4 und am Lagerring 5 ab. Ebenso könnte es beispielsweise auch in Form einer Federscheibe den Zuganker 16 umfassend ausgeführt sein.In a second exemplary embodiment of the exhaust gas turbocharger 1 according to the invention, which 3 is shown, the spring element 17 is formed coaxially with the tie rod 16 . The spring element 17 is designed in the illustrated exemplary embodiment in the form of a helical spring and is supported on the bearing section 4 and on the bearing ring 5 in order to bring about the axial counterforce to the tensile force of the tie rod 16 . Likewise, it could also be designed to encompass the tie rod 16, for example, in the form of a spring washer.

In einem weiteren nicht näher illustrierten Ausführungsbeispiel weist zur Verdrehsicherung des Zugankers 16 der verstellbare Leitapparat 2 ein Sicherungselement auf. Das Sicherungselement kann bspw. in Form eines Stiftes ausgebildet sein, welcher am Anschlag 22, diesen in axialer und radialer Richtung durchdringend ausgeführt ist.In a further exemplary embodiment, which is not illustrated in detail, the adjustable guide apparatus 2 has a securing element to prevent the tie rod 16 from rotating. The securing element can be designed, for example, in the form of a pin, which is designed to penetrate the stop 22 in the axial and radial directions.

Vorteilhaft sind drei Zuganker 16 über den Umfang des verstellbaren Leitapparates 2 in regelmäßigem Abstand zueinander angeordnet. Damit ist eine hinreichende Stabilität zur Erhaltung des Abstandes zwischen dem Lagerring 5 und dem Konturring 6 erreicht, und eine Störung eines Strömungsverhaltens des heißen gasförmigen Mediums auf ein Minimum reduziert, welches aufgrund des zwischen dem Lagerring 5 und dem Konturring 6 ausgebildeten Zugankers 16 entstehen kann.Three tie rods 16 are advantageously arranged over the circumference of the adjustable diffuser 2 at a regular distance from one another. This achieves sufficient stability to maintain the distance between the bearing ring 5 and the contour ring 6, and disruption of the flow behavior of the hot gaseous medium, which can arise due to the tie rod 16 formed between the bearing ring 5 and the contour ring 6, is reduced to a minimum.

BezugszeichenlisteReference List

11: Abgasturboladerexhaust gas turbocharger
22: Verstellbarer LeitapparatAdjustable guide vane
33: Abgasführungsabschnittexhaust routing section
44: Lagerabschnittstorage section
55: Lagerringbearing ring
66: Konturringcontour ring
77: Leitschaufelvane
88th: Schaufelwelleblade shaft
99: Stirnflächeface
1010: Hebelarmlever arm
1111: EndeEnd
1212: Aufnahmeöffnungintake opening
1313: Drehringrotating ring
1414: Zuströmkanalinflow channel
1515: GehäuseHousing
1616: Zugankertie rod
1717: Federelementspring element
1818: Erste ÖffnungFirst opening
1919: Zweite ÖffnungSecond opening
2020: Radialspielradial play
2121: Ankerendeanchor end
2222: Anschlagattack
2323: Anschlagsflächestop surface
2424: Öffnungsquerschnittopening cross-section
2525: Distanzelementspacer element
2626: Bewegungsspaltmovement gap
2727: Axialspaltaxial gap

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102004038748 A1 [0003]
DE 102008014678 B4 [0004]

Claims

Exhaust gas turbocharger (1) with an adjustable guide mechanism (2), the exhaust gas turbocharger (1) having a housing (15) comprising at least one exhaust gas guide section (3) and a further housing section (4), the adjustable guide mechanism (2) being at least partially in the exhaust gas guide section (3) and is designed to be at least indirectly supported at least against the further housing section (4), and wherein the adjustable diffuser (2) has a bearing ring (5) and a contour ring (6), wherein between the bearing ring (5) and the contour ring (6) rotatably accommodates guide vanes (7), which are arranged upstream of a rotatable turbine wheel of the exhaust gas turbocharger (1) in the exhaust gas guide section (3), and wherein guide vane shafts (8) of the guide vanes (7) are arranged at least in the bearing ring (5) are rotatably received, characterized in that to bring about a floating mounting of the adjustable diffuser (2) de r adjustable diffuser (2) is positioned in the housing (15) with the aid of a tie rod (16) and a spring element (17) acting counter to an effective direction of the tie rod (16).

exhaust gas turbocharger claim 1 , characterized in that the tie rod (16) in the further housing section (4) is accommodated in a non-positive and/or positive manner.

exhaust gas turbocharger claim 1 or 2 , characterized in that the tie rod (16) is arranged penetrating the bearing ring (5) and/or the contour ring (6) completely in the axial direction, wherein between the tie rod (16) and the bearing ring (5) and/or the contour ring ( 6) a radial clearance (20) is formed.

Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that a spacer element (25) is formed between the bearing ring (5) and the contour ring (6), which is formed at least partially encompassing the tie rod (16).

exhaust gas turbocharger claim 4 , characterized in that the spacer element (25) is designed in the form of a sleeve, with a movement gap (26) being formed between the tie rod (16) and the spacer element (25).

exhaust gas turbocharger claim 4 , characterized in that the spacer element (25) is formed in one piece with the tie rod (16).

Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the spring element (17) is designed coaxially with an axis of rotation of the turbine wheel.

Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the spring element (17) is designed coaxially with the tie rod (16).

Exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the tie rod (16) has a stop (22) formed in one piece with it.

Exhaust-gas turbocharger according to one of the preceding claims, characterized in that the adjustable guide apparatus (2) has a securing element for preventing the tie rod (16) from rotating.