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DE20009004U1 - turbocharger - Google Patents

turbocharger

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DE20009004U1 DE20009004U DE20009004U DE20009004U1 DE 20009004 U1 DE20009004 U1 DE 20009004U1 DE 20009004 U DE20009004 U DE 20009004U DE 20009004 U DE20009004 U DE 20009004U DE 20009004 U1 DE20009004 U1 DE 20009004U1
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Description

LIPPERT, STACHOW, SCHMIDT & PARTNER Ad / S ZLIPPERT, STACHOW, SCHMIDT & PARTNER Ad / S Z

Palentanwälte European Patent Attorneys European Trademark AttorneysPalent Lawyers European Patent Attorneys European Trademark Attorneys

Krenkeistraße3 D-01309Dresden 25. Januar 2000 Krenkeistraße3 D-01309Dresden January 25, 2000

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Ulf Schmidtgen 90768 Fürth Ulf Schmidtgen 90768 Fürth

Turboladerturbocharger

Die Erfindung betrifft einen Turbolader mit einer mit der Abgasseite eines Verbrennungsmotors verbundenen Gasturbine, im wesentlichen bestehend aus einem Turbinengehäuse und einem darin drehbar gelagerten Turbinenrad und einem mit der Ansaugseite des Verbrennungsmotors verbundenen Verdichter, im wesentlichen bestehend aus einem Verdichtergehäuse und einem darin drehbar gelagerten Verdichterrad, wobei das Turbinenrad und das Verdichterrad koaxial miteinander verbunden sind.The invention relates to a turbocharger with a gas turbine connected to the exhaust side of an internal combustion engine, essentially consisting of a turbine housing and a turbine wheel rotatably mounted therein, and a compressor connected to the intake side of the internal combustion engine, essentially consisting of a compressor housing and a compressor wheel rotatably mounted therein, wherein the turbine wheel and the compressor wheel are coaxially connected to one another.

0 Bei dem ziel der Leistungssteigerung von Dieselmotoren wurde die Möglichkeit entdeckt, durch Erhöhung des Sauerstoffangebotes die Leistung zu optimieren. Erreicht wird dies durch eine Erhöhung der Luftmenge beim Ansaugvorgang, d.h. der Ansaugvorgang wird durch eine Kompression unterstützt. Dies geschieht durch die sprichwörtliche Aufladung der Ansaugluft mittels sogenannter Turbolader. Ein derartiger Turbolader ist beispielsweise in der DE 197 17 559 Al beschrieben.0 With the aim of increasing the performance of diesel engines, the possibility of optimizing performance by increasing the oxygen supply was discovered. This is achieved by increasing the amount of air during the intake process, i.e. the intake process is supported by compression. This is done by literally charging the intake air using a so-called turbocharger. One such turbocharger is described in DE 197 17 559 Al, for example.

Diese bekannte Ausführung nutzt als Antrieb für den Turbolader 0 den Abgasstrom.This well-known design uses the exhaust gas flow to drive the turbocharger 0.

Im Ist-Zustand wird dabei der Abgasstrom durch eine Gasturbine geleitet. Aufgrund der Volumensausdehnung bei der Verbrennung steht hier ein hoher Volumenstrom zur Verfügung. Dieser treibt ein in einem schneckenförmigen Turbinengehäuse befindliches Turbinenrad an. Nach dem bisherigen Stand der Technik ist nun das Turbinenrad der Gasturbine über eine starre Welle und ein Lager mit einem Verdichterrad koaxial verbunden. Das Verdich-In the current state, the exhaust gas flow is passed through a gas turbine. Due to the volume expansion during combustion, a high volume flow is available here. This drives a turbine wheel located in a helical turbine housing. According to the current state of the art, the turbine wheel of the gas turbine is now coaxially connected to a compressor wheel via a rigid shaft and a bearing. The compressor

terrad erhöht den Ansaugluftstrom. Da der Massestrom der Ansaug- und Absaugluft gleich ist, kommt es aufgrund des höheren Volumens aus dem Abgasbereich zu einer Druckerhöhung im Ansaugbereich.
5
terrad increases the intake air flow. Since the mass flow of the intake and exhaust air is the same, the higher volume from the exhaust area leads to an increase in pressure in the intake area.
5

Die Verbindung der Flügelräder über eine starre Welle macht die Drucköl-Schmierung und Kühlung des Wellenlagers erforderlich. Auf Grund der Undichtigkeit zwischen Abgassystem und Ölraum bzw. auch ansaugseitig zum Ölraum, kommt es zur Lufteinströmung in das Öl. Diese Lufteinströmung (blowby-Effekt) ist unerwünscht, kann aber im Falle der Verbindung der Flügelräder über eine starre Welle nicht vermieden werden.Connecting the impellers via a rigid shaft requires pressure oil lubrication and cooling of the shaft bearing. Due to the leak between the exhaust system and the oil chamber, or on the intake side to the oil chamber, air flows into the oil. This air flow (blowby effect) is undesirable, but cannot be avoided if the impellers are connected via a rigid shaft.

Darüber hinaus weist die Vorrichtung der beschriebenen Art eine große Masse auf. Hierdurch wirken erhöhte Trägheitskräfte. Diese wiederum verhindern, daß eine geringfügige Änderung des Abgasstromes unmittelbar auch zu einer Änderung der Ansaugverhältnisse führt.In addition, the device of the type described has a large mass. This results in increased inertia forces. These in turn prevent a slight change in the exhaust gas flow from immediately leading to a change in the intake conditions.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, einen massereduzierten Turbolader zu entwickeln, bei dem der unerwünschte blowby-Effekt vermieden wird, und der ohne weitere seperate Einrichtungen eine Reduzierung von Emmissionswerten im Abgas erreicht.The invention is therefore based on the object of developing a mass-reduced turbocharger in which the undesirable blowby effect is avoided and which achieves a reduction in emission values in the exhaust gas without further separate devices.

Diese Aufgabe wird bei der Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Turbinengehäuse und das Verdichtergehäuse unmittelbar miteinander zu einem Gehäuse verbunden sind, daß das Turbinenrad und das Verdichterrad unmittelbar zu einer Rotationseinheit verbunden sind und daß die Rotationseinheit mit ihrem äußeren Randbereich in dem Gehäuse drehbar gelagert ist.This object is achieved in the device of the type mentioned at the outset in that the turbine housing and the compressor housing are directly connected to one another to form a housing, that the turbine wheel and the compressor wheel are directly connected to form a rotation unit and that the rotation unit is rotatably mounted with its outer edge region in the housing.

Die Einsparung der starren Welle verringert die Masse und das 5 Volumen der Vorrichtung insgesamt.The elimination of the rigid shaft reduces the mass and volume of the device overall.

Zur Reduzierung von Emissionswerten im Abgas erfolgt bei gegenwärtigen Motor- und Entwicklungsuntersuchungen eine Ab-In order to reduce emissions in the exhaust gas, current engine and development tests are based on

gasrückführung in den Ansaugluftbereich. Diese Rückführung ist als zusätzliches, Masse- und Volumen erweiterndes Element angebracht.gas recirculation into the intake air area. This recirculation is installed as an additional element that expands mass and volume.

Eine Ausführungsform sieht nun vor, daß zwischen dem Gehäuse und dem äußeren Randbereich der Rotationseinheit ein Luftspalt angeordnet ist, der einerseits mit der Anssaugseite und andererseits mit der Abgasseite verbunden ist.One embodiment now provides that an air gap is arranged between the housing and the outer edge region of the rotary unit, which is connected on the one hand to the intake side and on the other hand to the exhaust side.

Dieser Luftspalt hat zweierlei Funktion. Zum einen ermöglicht er eine zielgerichtete, drehzahlabhängige Luftüberführung des Abgasstromes in den Ansaugbereich, wodurch eine Abgasrückführung in Form einer seperaten Einrichtung entfallen kann, woduch wiederum ebenfalls Masse eingespart wird.This air gap has two functions. Firstly, it enables a targeted, speed-dependent transfer of air from the exhaust gas flow into the intake area, which means that exhaust gas recirculation in the form of a separate device is no longer necessary, which in turn also saves mass.

Zum anderen kann das den Luftspalt durchströmende Gas-Luftgemisches als Gleitmittel für die Rotationseinheit genutzt werden, die nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer Gleitlagereinlage am äußeren Führungsrand geführt wird.On the other hand, the gas-air mixture flowing through the air gap can be used as a lubricant for the rotation unit, which according to a further embodiment of the invention is guided in a plain bearing insert on the outer guide edge.

Eine Ausführung der Erfindung sieht diesbezüglich vor, daß zwei Gleitlagereinheiten beidseitig des Führungsrandes angeordnet sind oder den Führungsrand zumindest teilweise umschließen. In this regard, one embodiment of the invention provides that two plain bearing units are arranged on both sides of the guide edge or at least partially enclose the guide edge.

Die Vorrichtung der besagten Art ermöglicht es, daß die Reibungskraft im Lager reduziert und die Rotationsenergie erhöht wird. Schließlich macht die trockene Lagerung der Rotationseinheit die Zuführung von Schmier und Kühlmittel entbehrlich.The device of the type mentioned enables the frictional force in the bearing to be reduced and the rotational energy to be increased. Finally, the dry bearing of the rotary unit makes the supply of lubricant and coolant unnecessary.

0 Somit kann der ansonsten auftretenden blowby-Effekt von vornherein vermieden werden.0 Thus, the blowby effect that would otherwise occur can be avoided from the outset.

Eine besonders günstige Ausführung der Erfindung sieht vor, daß zwischen den Radbestandteilen der Rotationseinheit eine Isolierung vorgesehen ist, wodurch eine termische Abschirmung des Radbestandteiles auf der Verdichterseite erzielt wird.A particularly advantageous embodiment of the invention provides that insulation is provided between the wheel components of the rotary unit, whereby thermal shielding of the wheel component on the compressor side is achieved.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbei-The invention will be explained below with reference to an embodiment.

spiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Schnittansicht der Rotationseinheit und ihrer Lagerung im verbundenen Gehäuse des Turboladers.game in more detail. The accompanying drawing shows a sectional view of the rotary unit and its bearing in the associated housing of the turbocharger.

In einem erfindungsgemäßen aus Aluminium bestehenden Gehäuse 1, bei dem das Turbinengehäuse und das Verdichtergehäuse zu einer Einheit verbunden sind, ist ein Gleitlager 2 vorgesehen, in welchem eine Rotationseiheit 3 drehbar gelagert ist. Die Rotationseinheit 3 besteht aus einem Verdichterrad-Bestandteil 3a auf der Ansaugseite des Turboladers und einem Turbinenrad-Bestandteil 3b auf der Abgasseite des Turboladers. Der äußere Rand dieser Rotationseinheit 3 wird von zwei in einer Gleitlagereinlage 2 eingebetteten Gleitlagereinheiten 2a und 2b umschlossen. Zwischen den Gleitlagereinheiten 2a und 2b und der Rotationseinheit 3 ist ein Luftspalt 4 vorgesehen, der ein Durchströmen des Luft-Gasgemisches aus dem Turbolader ermöglicht. Zwischen dem Verdichterrad-Bestandteil 3a und dem Turbinenrad-Bestandteil 3b ist eine die Verdichterseite termisch schützende Isolierung 5 vorgesehen. Schließlich ist an der Abgasseite des Gehäuses noch eine die Temperatur minimierende Kühlrippe 6 angebracht.In a housing 1 according to the invention made of aluminum, in which the turbine housing and the compressor housing are connected to form a unit, a plain bearing 2 is provided in which a rotation unit 3 is rotatably mounted. The rotation unit 3 consists of a compressor wheel component 3a on the intake side of the turbocharger and a turbine wheel component 3b on the exhaust side of the turbocharger. The outer edge of this rotation unit 3 is enclosed by two plain bearing units 2a and 2b embedded in a plain bearing insert 2. An air gap 4 is provided between the plain bearing units 2a and 2b and the rotation unit 3, which allows the air-gas mixture from the turbocharger to flow through. An insulation 5 that thermally protects the compressor side is provided between the compressor wheel component 3a and the turbine wheel component 3b. Finally, a cooling fin 6 that minimizes the temperature is attached to the exhaust side of the housing.

LIPPERT, STACHOW, SCHMIDT & PARTNER Ad / S ZLIPPERT, STACHOW, SCHMIDT & PARTNER Ad / S Z

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Krenkelstraße3-D-01309Dresden 25. Januar 2000 Krenkelstraße3-D-01309Dresden January 25, 2000

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Turboladerturbocharger BezugszeichenlisteList of reference symbols

1 Gehäuse1 housing

2 Gleitlagereinlage2 plain bearing insert

2a Gleitlagereinheit2a Plain bearing unit

2b Gleitlagereinheit2b Plain bearing unit

3 Rotationseinheit3 Rotation unit

3a Verdichterrad-Bestandteil3a Compressor wheel component

3b Turbinenrad-Bestandteil3b Turbine wheel component

4 Luftspalt4 Air gap

5 Isolierung5 Insulation

6 Kühlrippe6 cooling fins

Claims (5)

1. Turbolader mit einer mit der Abgasseite eines Verbrennungsmotors verbundenen Gasturbine, im wesentlichen bestehend aus einem Turbinengehäuse und einem darin drehbar gelagerten Turbinenrad und einem mit der Ansaugseite des Verbrennungsmotors verbundenen Verdichter, im wesentlichen bestehend aus einem Verdichtergehäuse und einem darin drehbar gelagerten Verdichterrad, wobei das Turbinenrad und das Verdichterrad koaxial miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinengehäuse und das Verdichtergehäuse unmittelbar miteinander zu einem Gehäuse verbunden sind,
daß das Turbinenrad und das Verdichterrad unmittelbar zu einer Rotationseinheit verbunden sind und
daß die Rotationseinheit mit ihrem äußeren Randbereich in dem Gehäuse drehbar gelagert ist.
1. Turbocharger with a gas turbine connected to the exhaust side of an internal combustion engine, essentially consisting of a turbine housing and a turbine wheel rotatably mounted therein and a compressor connected to the intake side of the internal combustion engine, essentially consisting of a compressor housing and a compressor wheel rotatably mounted therein, the turbine wheel and the compressor wheel being coaxially connected to one another, characterized in that the turbine housing and the compressor housing are directly connected to one another to form a housing,
that the turbine wheel and the compressor wheel are directly connected to form a rotating unit and
that the rotation unit is rotatably mounted with its outer edge region in the housing.
2. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse und dem äußeren Randbereich der Rotationseinheit ein Luftspalt angeordnet ist, der einerseits mit der Anssaugseite und andererseits mit der Abgasseite verbunden ist. 2. Turbocharger according to claim 1, characterized in that an air gap is arranged between the housing and the outer edge region of the rotary unit, which air gap is connected on the one hand to the intake side and on the other hand to the exhaust side. 3. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleitlagereinlage mit dem Gehäuse verbunden ist, die einen äußeren Führungsrand der Rotationseinheit führt. 3. Turbocharger according to claim 1, characterized in that a plain bearing insert is connected to the housing, which guides an outer guide edge of the rotary unit. 4. Turbolader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gleitlagereinheiten vorgesehen sind, die beidseitig des Führungsrandes angeordnet sind oder den Führungsrand zumindest teilweise umschließen. 4. Turbocharger according to claim 3, characterized in that two plain bearing units are provided which are arranged on both sides of the guide edge or at least partially enclose the guide edge. 5. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Turbinenrad und dem Verdichterrad eine Isolierung vorgesehen ist. 5. Turbocharger according to claim 1, characterized in that insulation is provided between the turbine wheel and the compressor wheel.
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