WO2013120588A1 - Verstellbarer leitapparat für eine turbine eines abgasturboladers und turbine für einen abgasturbolader - Google Patents

Verstellbarer leitapparat für eine turbine eines abgasturboladers und turbine für einen abgasturbolader Download PDF

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WO2013120588A1
WO2013120588A1 PCT/EP2013/000337 EP2013000337W WO2013120588A1 WO 2013120588 A1 WO2013120588 A1 WO 2013120588A1 EP 2013000337 W EP2013000337 W EP 2013000337W WO 2013120588 A1 WO2013120588 A1 WO 2013120588A1
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WO
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guide
spacer element
turbine
exhaust gas
insert part
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PCT/EP2013/000337
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Ihli
Hans-Peter Oehl
Christian Trautmann
Tobias Scheuermann
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IHI Charging Systems International GmbH
Original Assignee
IHI Charging Systems International GmbH
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/165—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers

Definitions

  • the invention relates to an adjustable nozzle for a turbine of a
  • the adjustable guide serves to change a fluid flow, usually an exhaust gas flow of an internal combustion engine, to a turbine wheel of an exhaust gas turbocharger.
  • the variable nozzle includes a plurality of rotatable vanes positioned between a first insert of the variable nozzle and a second insert of the variable nozzle. With the help of the rotatability of the plurality of vanes, the fluid flow is on the
  • Turbine wheel can be conditioned. Between a first wall of the first insert part and a second wall of the second insert part, an inflow channel is formed, in which the plurality of guide vanes is arranged. To secure a defined distance between the first wall of the first insert part and the second wall of the second insert part spacer elements between the first insert part and the second insert part are provided. Due to the positioning of the
  • the invention is based on the object, an elimination of
  • the invention is based on an adjustable guide with a first insert part and a second insert part, wherein between a first wall of the first
  • an inflow channel is formed, in which a plurality of rotatable vanes and a spacer element are positioned.
  • a guide vane of the plurality of vanes is the
  • Spacer element designed receivable.
  • the spacer element is arranged at least partially in the guide vane in the inflow channel, it does not constitute a flow resistance in the flow path of the exhaust gas.
  • the flow resistance in the flow channel is induced exclusively by guide vanes arranged in the flow channel.
  • adjustable nozzle of the present invention is an even distribution of fluid flow induced forces on the variable nozzle, i. in particular to the plurality of vanes.
  • Guide vanes is a flow gap whose size, depending on the setting of the adjustable diffuser, is variable. In other words, each adjustment of the variable nozzle has a certain positioning of the plurality of
  • Flow gap has the smallest value. If a large pressure is to be achieved with a large fluid flow mass, for example when the internal combustion engine is operated at a full load point, the flow gap has the greatest value. For optimal flow of the turbine wheel, it is advantageous if the flow gaps of the adjustable nozzle for a setting each having an equal size.
  • the size of the flow gap is among other things by that of the
  • Fluid flow induced force on the respective vane influenced. That If different forces are present at the individual guide vanes of the adjustable guide device for adjustment due to different flow resistances, the flow gaps of the adjustable guide device are of different sizes, as a result of which a reduction in the turbine efficiency is ultimately brought about.
  • Turbine efficiency directly result.
  • the thus efficient operation of the turbine, and thus of the exhaust gas turbocharger, by the flow loss-reducing design further causes a reduction of fuel consumption and consequently a reduction of C0 2 emissions of a standing in connection with the exhaust gas turbocharger internal combustion engine.
  • a longitudinal axis of the spacer element corresponds to a second axis of rotation of the guide blade.
  • vanes of the plurality of vanes have a second axis of rotation about which they are rotatably mounted on the first insert part.
  • the guide vane is rotatable relative to the spacer element, so that mobility of the spacer element is avoidable, whereby a further securing of the distance between the first insert part and the second insert part can be brought about.
  • the guide vane has a sleeve which is arranged coaxially with the spacer element, the guide vane can be moved with the aid of the sleeve, with which the vane is advantageously non-positively and / or positively connected.
  • This offers on the one hand the advantage that a friction-reduced inner surface of the sleeve, which is positioned opposite a lateral surface of the spacer element, can be produced independently of the guide blade.
  • the sleeve may be made of a friction-reducing and high-temperature-resistant material, for example, ceramic, whereas the guide vane is made of the usual high-temperature resistant materials.
  • Spacer immovably connected at one end to the first insert part and the other end to the second insert part.
  • a mobility of the spacer element is excluded and ensures the provision of a defined distance between the first part and the second part.
  • a further advantage is that, in addition to the function to ensure a certain distance between the first insert part and the second insert part, a carrier function of the spacer element is brought about, in the sense that the first insert part completely supported and positioned by the spacer element and radially and axially is fixed.
  • Fig. 2 shows a detail of an axial section of an inventive
  • Adjustable diffuser with a vane and a
  • Fig. 3 is a section through the vane gem. Fig. 2.
  • a flow-through exhaust-gas guide section 2, shown in FIG. 1, of a turbine of an exhaust-gas turbocharger 1 is located in an exhaust-gas tract of a non-illustrated exhaust
  • the exhaust gas turbocharger 1 also has a not closer
  • the exhaust gas turbocharger 1 has a running gear 3, which comprises a not-shown compressor wheel for sucking and compressing combustion air, a turbine wheel 4 for expansion of exhaust gas and a compressor wheel with the turbine wheel 4 rotatably connecting shaft 5 having a first axis of rotation 6.
  • the shaft 5 is in
  • Air guide portion and the exhaust gas guide portion 2 is positioned.
  • an inlet channel 7 is formed in the exhaust gas guide section 2.
  • the inlet channel 7 is used to condition the exhaust gas, which puts the turbine wheel 4 in a rotating motion during operation of the internal combustion engine. With the help of the shaft 5, the compressor wheel is also rotated, so that it sucks in combustion air and compressed.
  • a spiral channel 8 is arranged in the exhaust gas guide section 2, which serves to provide a rotationally symmetrical flow. Furthermore, the spiral channel 8 is formed as a connecting channel between the inlet channel 7 and an inflow channel 9, which is positioned downstream of the spiral channel 8. Downstream of the inflow channel 9, a wheel chamber 10 is arranged in the exhaust gas guide section 2, in which the turbine wheel 4 is rotatably received. Downstream of the wheel chamber 10, the exhaust gas guide section 2 has an outlet channel 11 for
  • the exhaust gas can be conditioned with the aid of an adjustably designed diffuser 12, which in the
  • Exhaust gas guide section 2 is arranged.
  • FIG. 1 an adjustable nozzle 12 is shown according to the prior art.
  • the adjustable guide vane 12, the turbine wheel 4 is formed annularly comprehensive and has a first insert part 13, hereinafter called bearing ring, for receiving a plurality of vanes 14, which is provided for flow conditioning.
  • Each vane of the plurality of vanes 14 is rotatably mounted on the bearing ring 13, wherein each vane of the plurality of vanes 14 is a second
  • the bearing ring 13 is positioned in the exhaust gas guide section 2 such that the plurality of guide vanes 14 is arranged in the inflow channel 9.
  • the bearing ring 13 is positioned opposite a second insert member 15, hereinafter called the contour sleeve, which is designed for flow conditioning and simplified assembly of the nozzle 12.
  • the inflow channel 9 is formed in the region of the adjustable guide apparatus 12 between a first wall 19 of the bearing ring 13 and a second wall 20 of the contour sleeve 15.
  • spacer elements 16 are positioned in the inflow channel 9.
  • the spacer elements 16 are cylindrical and have a longitudinal axis 17.
  • FIG. 2 The section of an axial section of an adjustable guide apparatus 12 according to the invention, shown in FIG. 2, shows a guide blade 14 'of the plurality of guide blades 14, which is designed to receive the spacer element 16 in an absorbable manner.
  • the guide vane 14 ' has a cylindrical opening 21, which extends over an entire axial length L of
  • Guide vane 14 ' is formed extending.
  • the longitudinal axis 17 of the spacer element 16 corresponds to the second axis of rotation 18 of the guide blade 14'. So that the movability of the guide blade 14 'is ensured and the guide blade 14' is rotatable relative to the spacer element 16, a first diameter D1 of the opening 21 is greater than a second diameter D2 of the spacer element 16, wherein the first diameter D1 is larger by a minimum clearance MS as the second diameter D2 as shown in FIG.
  • the guide vane 14 'on a non-illustrated, advantageously cylindrical sleeve, which is arranged coaxially with the spacer element 16.
  • the sleeve itself is immovably connected to the vane 14 ', wherein a force, material and / or positive
  • connection between the vane 14 'and the sleeve may be provided.
  • the sleeve is received in the cylindrical opening 21 of the vane 14 ', wherein the sleeve, the spacer element 16 is formed axially partially and radially completely encompassing.
  • the sleeve is advantageously formed over the entire length L extending. Likewise, however, it could also be formed only over a portion of the length L.
  • the sleeve is made of a low-friction material, for example. Ceramic.
  • the spacer element 16 is at its first end 22, thus at one end, in the bearing ring 13 and at its second end 23, thus the other end, in the contour sleeve 15th
  • the bearing ring 13 has a first receiving opening 24 and the contour sleeve 15 has a second receiving opening 25.
  • the first receiving opening 24 and the second receiving opening 25 can each be designed to penetrate the bearing ring 13 or the contour sleeve 15 completely. In the embodiment shown in Fig. 2, the first receiving opening 24 and the second receiving opening 25, the bearing ring 13 and the contour sleeve 15 is not formed completely penetrating.
  • the spacer element 16 is firmly bonded to the contour sleeve 15 and the bearing ring 13.
  • the first receiving opening 24 of the bearing ring 13 the first receiving opening 24 of the bearing ring 13 the
  • the spacer element 16 can be non-positively and / or positively connected to the bearing ring 13 and the contour sleeve 15.
  • the adjustable nozzle 12 has to secure the distance A on three vanes 14 'of the plurality of vanes 14, which are each formed a spacer element 16 receivable.
  • the number of guide vanes 14 ', which are adapted to receive a spacer element 16 could be greater or smaller than three, but in practice the number of at least three
  • Distance elements 16 has proven to be sufficient for securing the distance A.
  • the spacer elements 16 are mounted on the bearing ring 13 and the contour sleeve 15.
  • the spacer element 16 can also be assigned a carrier function, in the sense that the contour sleeve 15 is completely supported and positioned by the spacer element 16 or fixed radially and axially.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Description

Verstellbarer Leitapparat für eine Turbine eines Abgasturboladers und Turbine für einen
Abgasturbolader
Die Erfindung betrifft einen verstellbaren Leitapparat für eine Turbine eines
Abgasturboladers der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie eine Turbine eines Abgasturboladers gemäß Patentanspruch 7.
Ein verstellbarer Leitapparat ist aus der Offenlegungsschrift DE 10 2007 029 004 A1 bekannt. Der verstellbare Leitapparat dient einer Änderung einer Fluidströmung, in der Regel einer Abgasströmung einer Brennkraftmaschine, auf ein Turbinenrad eines Abgasturboladers. Der verstellbare Leitapparat umfasst eine Mehrzahl von verdrehbaren Leitschaufeln, welche zwischen einem ersten Einsatzteil des verstellbaren Leitapparates und einem zweiten Einsatzteil des verstellbaren Leitapparates positioniert sind. Mit Hilfe der Verdrehbarkeit der Mehrzahl von Leitschaufeln ist die Fluidströmung auf das
Turbinenrad konditionierbar. Zwischen einer ersten Wandung des ersten Einsatzteils und einer zweiten Wandung des zweiten Einsatzteils ist ein Zuströmkanal ausgebildet, in welchem die Mehrzahl von Leitschaufeln angeordnet ist. Zur Sicherung eines definierten Abstandes zwischen der ersten Wandung des ersten Einsatzteils und der zweiten Wandung des zweiten Einsatzteils sind Distanzelemente zwischen dem ersten Einsatzteil und dem zweiten Einsatzteil vorgesehen. Aufgrund der Positionierung der
Distanzelemente im Strömungskanal ist der Fluidströmung ein Strömungswiderstand entgegengesetzt, wodurch Wirkungsgradverluste des Abgasturboladers herbeigeführt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Eliminierung von
Wirkungsgradverlusten, welche aufgrund der im Zuströmkanal positionierten
Distanzelemente auftreten, mit Hilfe einfacher Maßnahmen herbeizuführen sowie eine Turbine mit reduzierten Wirkungsgradverlusten bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Leiteinrichtung für eine Turbine eines Abgasturboladers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Turbine für einen
Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt ein verstellbarer Leitapparat mit einem ersten Einsatzteil und einem zweiten Einsatzteil zugrunde, wobei zwischen einer ersten Wandung des ersten
Einsatzteils und einer der ersten Wandung gegenüberliegend angeordneten zweiten Wandung des zweiten Einsatzteils ein Zuströmkanal ausgebildet ist, in welchem eine Mehrzahl von drehbaren Leitschaufeln und ein Distanzelement positioniert sind.
Erfindungsgemäß ist eine Leitschaufel der Mehrzahl von Leitschaufeln das
Distanzelement aufnehmbar ausgestaltet. Dadurch, dass das Distanzelement mindestens teilweise in der Leitschaufel im Zuströmkanal angeordnet ist, stellt es als solches keinen Strömungswiderstand im Strömungsweg des Abgases dar. Mit anderen Worten ist der Strömungswiderstand im Strömungskanal ausschließlich durch im Strömungskanal angeordnete Leitschaufeln induziert. Somit sind Druckverluste und demzufolge
Wirkungsgradverluste, welche aufgrund einer Positionierung der Distanzelemente außerhalb der Leitschaufel hervorgerufen werden, eliminiert. Demzufolge ergibt sich eine Reduzierung der Wirkungsgradverluste und damit eine Steigerung des Wirkungsgrades des Abgasturboladers.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen verstellbaren Leitapparates ist eine gleichmäßige Verteilung von durch die Fluidströmung hervorgerufenen Kräften auf den verstellbaren Leitapparat, d.h. insbesondere auf die Mehrzahl von Leitschaufeln.
Zwischen jeweils zwei benachbart angeordneten Leitschaufeln der Mehrzahl von
Leitschaufeln liegt ein Strömungsspalt vor, dessen Größe, je nach Einstellung des verstellbaren Leitapparates, variierbar ist. Mit anderen Worten weist jede Einstellung des verstellbaren Leitapparates eine bestimmte Positionierung der Mehrzahl von
Leitschaufeln auf, wobei entsprechend der Einstellung der Strömungsspalt zwischen zwei benachbarten Leitschaufeln zwischen einem kleinsten Wert und einem größten Wert veränderbar ist. Das heißt, dass beispielsweise sofern ein großer Druck stromauf des Turbinenrades bei nur geringer Fluidströmungsmasse erzielt werden soll, der
Strömungsspalt den kleinsten Wert aufweist. Soll ein großer Druck bei einer großen Fluidströmungsmasse erzielt werden, bspw. wenn die Verbrennungskraftmaschine in einem Volllastpunkt betrieben wird, weist der Strömungsspalt den größten Wert auf. Zur optimalen Anströmung des Turbinenrades ist es von Vorteil, wenn die Strömungsspalte des verstellbaren Leitapparates für eine Einstellung jeweils eine gleiche Größe aufweisen. Die Größe des Strömungsspaltes wird unter anderem auch durch die von der
Fluidströmung hervorgerufenen Kraft auf die jeweilige Leitschaufel beeinflusst. D.h. liegen an den einzelnen Leitschaufeln des verstellbaren Leitapparates für eine Einstellung aufgrund von unterschiedlich Strömungswiderständen unterschiedliche Kräfte an, sind die Strömungsspalte des verstellbaren Leitapparates unterschiedlich groß, wodurch schließlich eine Reduzierung des Turbinenwirkungsgrades herbeigeführt wird.
Da nun erfindungsgemäß ausschließlich die Mehrzahl von Leitschaufeln im Zuströmkanal die Fluidströmung effektiv beeinflussbar positioniert ist, sind Kräfte auf den verstellbaren Leitapparat, hervorgerufen durch die Fluidströmung, über den verstellbaren Leitapparat gleichmäßig verteilt, denn es liegen im verstellbaren Leitapparat an allen Leitschaufeln gleiche Strömungsbedingungen an. Das bedeutet zugleich, dass Verstellkräfte zur Bewegung bzw. Verdrehung der Mehrzahl von Leitschaufeln für jede der Leitschaufeln nahezu gleich groß ist, so dass für eine Einstellung die Strömungsspalte zwischen den einzelnen Leitschaufeln alle gleich groß sind. Dies hat eine Steigerung des
Turbinenwirkungsgrades unmittelbar zur Folge. Der somit effiziente Betrieb der Turbine, und damit des Abgasturboladers, durch die strömungsverlustreduzierende Ausgestaltung bewirkt weiterhin eine Reduzierung eines Kraftstoffverbrauchs und demzufolge einer Reduzierung von C02-Emissionen einer in Verbindung mit dem Abgasturbolader stehenden Verbrennungskraftmaschine.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen verstellbaren Leitapparates entspricht eine Längsachse des Distanzelementes einer zweiten Drehachse der Leitschaufel. Dies hat sowohl funktionale als auch fertigungstechnische Vorteile. Grundsätzlich weisen Leitschaufeln der Mehrzahl von Leitschaufeln eine zweite Drehachse auf, um welche sie rotierbar am ersten Einsatzteil angeordnet sind. Zur Sicherung der Drehbarkeit der Leitschaufel, in welcher das Distanzelements aufgenommen ist, ist es vorteilhaft das Distanzelement mit seiner Längsachse so in der Leitschaufel zu positionieren, dass die Leitschaufel um die Längsachse des Distanzelements verdrehbar ist. Fertigungstechnisch bedeutet dies, dass eine grundsätzlich vorgesehene axiale Öffnung der Leitschaufel, welche zur Aufnahme einer Verdrehwelle der Leitschaufel dient, zusätzlich einer
Aufnahme des Distanzelementes dient. Dementsprechend ist kein zusätzlicher fertigungstechnischer Schritt zur Herstellung der Leitschaufel, welche das Distanzelement aufnehmbar ausgestaltet ist, vorzusehen. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen verstellbaren Leitapparates ist die Leitschaufel relativ zum Distanzelement verdrehbar, so dass eine Bewegbarkeit des Distanzelementes vermeidbar ist, wodurch eine weitere Sicherung des Abstandes zwischen dem ersten Einsatzteil und dem zweiten Einsatzteil herbeiführbar ist.
Weist die Leitschaufel eine Hülse auf, welche koaxial mit dem Distanzelement angeordnet ist, kann die Leitschaufel mit Hilfe der Hülse, mit welcher die Leitschaufel vorteilhafterweise kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist, bewegt werden. Dies bietet zum einen den Vorteil, dass eine reibungsreduzierte innere Oberfläche der Hülse, welche einer Mantelfläche des Distanzelementes gegenüberliegend positioniert ist, unabhängig von der Leitschaufel herstellbar ist. Des Weiteren kann die Hülse aus einem reibungsreduzierenden und hochtemperaturfesten Material bspw. Keramik gefertigt sein, wohingegen die Leitschaufel aus den üblichen hochtemperaturfesten Materialien gefertigt ist.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Leitapparates ist das
Distanzelement unbewegbar einenends mit dem ersten Einsatzteil und anderenends mit dem zweiten Einsatzteil verbunden. Somit ist eine Bewegbarkeit des Distanzelementes ausgeschlossen und die Bereitstellung eines definierten Abstandes zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil sichergestellt. Ein weiterer Vorteil ist, dass, neben der Funktion einen bestimmten Abstand zwischen dem ersten Einsatzteil und dem zweiten Einsatzteil zu sichern, eine Trägerfunktion des Distanzelementes herbeigeführt ist, in dem Sinne, dass das erste Einsatzteil vollständig von dem Distanzelement getragen und positioniert beziehungsweise radial und axial fixiert wird.
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 die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren 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.
Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 einen Schnitt durch eine Turbine eines Abgasturboladers mit einer
Leitvorrichtung gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 einen Ausschnitt eines Axialschnitts eines erfindungsgemäßen
verstellbaren Leitapparates mit einer Leitschaufel und einem
Distanzelement und
Fig. 3 einen Schnitt durch die Leitschaufel gem. Fig. 2.
Ein in Fig. 1 dargestellter durchströmbarer Abgasführungsabschnitt 2 einer Turbine eines Abgasturboladers 1 ist in einem Abgastrakt einer nicht näher dargestellten
Verbrennungskraftmaschine, bei der es sich um einen Ottomotor oder einen Dieselmotor handelt, vorgesehen. Der Abgasturbolader 1 weist weiterhin einen nicht näher
dargestellten durchströmbaren Frischluftführungsabschnitt und einen nicht näher dargestellten Lagerabschnitt auf, welcher in einem nicht näher dargestellten Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
Der Abgasturbolader 1 weist ein Laufzeug 3 auf, welches ein nicht näher dargestelltes Verdichterrad zum Ansaugen und Verdichten von Verbrennungsluft, ein Turbinenrad 4 zur Expansion von Abgas sowie eine das Verdichterrad mit dem Turbinenrad 4 drehfest verbindende Welle 5 mit einer ersten Drehachse 6 umfasst. Die Welle 5 ist im
Lagerabschnitt des Abgasturboladers 1 drehbar gelagert, welcher zwischen dem
Luftführungsabschnitt und dem Abgasführungsabschnitt 2 positioniert ist.
Zur Einströmung des Abgases in den Abgasführungsabschnitt 2 ist ein Eintrittskanal 7 im Abgasführungsabschnitt 2 ausgebildet. Der Eintrittskanal 7 dient zur Konditionierung des Abgases, welches im Betrieb der Brennkraftmaschine das Turbinenrad 4 in eine rotierende Bewegung versetzt. Mit Hilfe der Welle 5 wird das Verdichterrad ebenfalls in Rotation versetzt, so dass es Verbrennungsluft ansaugt und verdichtet.
Stromab des Eintrittskanals 7 ist im Abgasführungsabschnitt 2 ein Spiralkanal 8 angeordnet, welcher zur Bereitstellung einer rotationssymmetrischen Strömung dient. Des Weiteren ist der Spiralkanal 8 als Verbindungskanal zwischen dem Eintrittskanal 7 und einem Zuströmkanal 9, welcher stromab des Spiralkanals 8 positioniert ist, ausgebildet. Stromab des Zuströmkanals 9 ist eine Radkammer 10 im Abgasführungsabschnitt 2 angeordnet, in welcher das Turbinenrad 4 drehbar aufgenommen ist. Stromab der Radkammer 10 weist der Abgasführungsabschnitt 2 einen Austrittskanal 11 zum
Entweichen des Abgases aus dem Abgasführungsabschnitt 2 auf.
Damit sowohl bei niedrigen Lasten und niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine als auch bei hohen Lasten und hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine ein
größtmöglicher Abgasturboladerwirkungsgrad erreichbar ist, ist das Abgas mit Hilfe eines verstellbar ausgebildeten Leitapparates 12 konditionierbar, welcher im
Abgasführungsabschnitt 2 angeordnet ist.
In Fig. 1 ist ein verstellbarer Leitapparat 12 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Der verstellbare Leitapparat 12 ist das Turbinenrad 4 ringförmig umfassend ausgebildet und weist ein erstes Einsatzteil 13, im Weiteren Lagerring genannt, zur Aufnahme einer Mehrzahl von Leitschaufeln 14 auf, welche zur Strömungskonditionierung vorgesehen ist. Jede Leitschaufel der Mehrzahl von Leitschaufeln 14 ist auf dem Lagerring 13 drehbar gelagert, wobei jede Leitschaufel der Mehrzahl von Leitschaufeln 14 eine zweite
Drehachse 18 aufweist.
Der Lagerring 13 ist im Abgasführungsabschnitt 2 so positioniert, dass die Mehrzahl von Leitschaufeln 14 im Zuströmkanal 9 angeordnet ist. Dem Lagerring 13 gegenüberliegend positioniert ist ein zweites Einsatzteil 15, im Weiteren Konturhülse genannt, welche zur Strömungskonditionierung und zur vereinfachten Montage des Leitapparates 12 ausgebildet ist. Der Zuströmkanal 9 ist im Bereich des verstellbaren Leitapparates 12 zwischen einer ersten Wandung 19 des Lagerrings 13 und einer zweiten Wandung 20 der Konturhülse 15 ausgebildet.
Zur Fixierung eines Abstandes A zwischen der Konturhülse 15 und dem Lagerring 13, welcher zur Vermeidung eines Verkantens der Mehrzahl von Leitschaufeln 14 bei einer Verdrehung um die zweite Drehachse 18 notwendig ist, sind Distanzelemente 16 im Zuströmkanal 9 positioniert. Die Distanzelemente 16 sind zylindrisch ausgestaltet und weisen eine Längsachse 17 auf.
Der in Fig. 2 dargestellte Ausschnitt eines Axialschnitts eines erfindungsgemäßen verstellbaren Leitapparates 12 zeigt eine Leitschaufel 14' der Mehrzahl von Leitschaufeln 14, welche das Distanzelement 16 aufnehmbar ausgebildet ist. Zur Aufnahme des zylinderförmig ausgestalten Distanzelementes 16 weist die Leitschaufel 14' eine zylindrische Öffnung 21 auf, welche sich über eine gesamte axiale Länge L der
Leitschaufel 14' erstreckend ausgebildet ist. Zur Bewegbarkeit der Leitschaufel 14' entspricht die Längsachse 17 des Distanzelementes 16 der zweiten Drehachse 18 der Leitschaufel 14'. Damit die Bewegbarkeit der Leitschaufel 14' gewährleistet ist und die Leitschaufel 14' relativ zum Distanzelement 16 verdrehbar ist, ist ein erster Durchmesser D1 der Öffnung 21 größer als ein zweiter Durchmesser D2 des Distanzelementes 16, wobei der erste Durchmesser D1 um ein Minimalspiel MS größer ist als der zweite Durchmesser D2, wie in Fig. 3 dargestellt.
In einem nicht näher dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel weist die Leitschaufel 14' eine nicht näher dargestellte, vorteilhafterweise zylinderische Hülse auf, welche koaxial mit dem Distanzelement 16 angeordnet ist. Die Hülse selbst ist unbewegbar mit der Leitschaufel 14' verbunden, wobei ein kraft-, Stoff- und/oder formschlüssige
Verbindung zwischen der Leitschaufel 14' und der Hülse vorgesehen sein kann. Mit anderen Worten ist die Hülse in der zylindrischen Öffnung 21 der Leitschaufel 14' aufgenommen, wobei die Hülse das Distanzelement 16 axial teilweise und radial vollständig umfassend ausgebildet ist. Die Hülse ist sich vorteilhafterweise über die gesamte Länge L erstreckend ausgebildet. Ebenso könnte sie allerdings auch nur über einen Teilbereich der Länge L ausgebildet sein. Die Hülse ist aus einem reibungsarmen Material, bspw. Keramik hergestellt.
Das Distanzelement 16 ist an seinem ersten Ende 22, somit einenends, im Lagerring 13 und an seinem zweiten Ende 23, somit anderenends, in der Konturhülse 15
aufgenommen. Zur Aufnahme des Distanzelementes 16 weist der Lagerring 13 eine erste Aufnahmeöffnung 24 und die Konturhülse 15 eine zweite Aufnahmeöffnung 25 auf. Die erste Aufnahmeöffnung 24 und die zweite Aufnahmeöffnung 25 können dabei jeweils den Lagerring 13 bzw. die Konturhülse 15 vollständig durchdringend ausgebildet sein. In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die erste Aufnahmeöffnung 24 und die zweite Aufnahmeöffnung 25 den Lagerring 13 bzw. die Konturhülse 15 nicht vollständig durchdringend ausgebildet. Das Distanzelement 16 ist stoffschlüssig mit der Konturhülse 15 und dem Lagerring 13 fest verbunden.
Auch könnte beispielweise die erste Aufnahmeöffnung 24 des Lagerrings 13 den
Lagerring 13 vollständig durchdringend ausgebildet sein, wohingegen die zweite
Aufnahmeöffnung 25 die Konturhülse 15 nicht vollständig durchdringend ausgebildet ist. Selbstredend ist die Umkehrung der Ausbildung der Aufnahmeöffnungen des
letztgenannten Ausführungsbeispiels. Alternativ zur stoffschlüssigen Verbindung kann das Distanzelement 16 kraft- und/oder formschlüssig mit dem Lagerring 13 und der Konturhülse 15 verbunden sein.
Der verstellbare Leitapparat 12 weist zur Sicherung des Abstandes A drei Leitschaufeln 14' der Mehrzahl von Leitschaufeln 14 auf, welche jeweils ein Distanzelement 16 aufnehmbar ausgebildet sind. Ebenso könnte auch die Anzahl der Leitschaufeln 14', welche dazu ausgebildet sind ein Distanzelement 16 aufzunehmen, größer oder kleiner als drei sein, wobei sich in der Praxis allerdings die Anzahl von mindestens drei
Distanzelementen 16 als zur Sicherung des Abstandes A ausreichend bewährt hat.
Im Ausführungsbeispiel sind die Distanzelemente 16 auf dem Lagerring 13 und der Konturhülse 15 gelagert. Neben der Funktion einen konstanten Abstand A zwischen dem Lagerring 13 und der Konturhülse 15 herbeizuführen, kann dem Distanzelement 16 auch eine Trägerfunktion zugeordnet werden, in dem Sinne, dass die Konturhülse 15 vollständig von dem Distanzelement 16 getragen und positioniert beziehungsweise radial und axial fixiert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verstellbarer Leitapparat für eine Turbine eines Abgasturboladers, mit einem
ersten Einsatzteil (13) und einem dem ersten Einsatzteil (13) gegenüberliegend angeordnetes zweites Einsatzteil (15), wobei zwischen einer ersten Wandung (19) des ersten Einsatzteils (13) und einer gegenüber dieser ersten Wandung (19) angeordneten zweiten Wandung (20) des zweiten Einsatzteils (15) ein
Zuströmkanal (9) ausgebildet ist, und wobei in diesem Zuströmkanal (9) eine Mehrzahl von Leitschaufeln (14) zum Ableiten von die Turbine durchströmendem Abgas verdrehbar positioniert ist, und mit einem Distanzelement (16), welches zur Sicherung eines Abstandes (A) zwischen der ersten Wandung (19) und der zweiten Wandung (20) positioniert ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine Leitschaufel (14') der Mehrzahl von Leitschaufeln (14) das Distanzelement (16) aufnehmbar ausgebildet ist.
2. Verstellbarer Leitapparat nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Längsachse (17) des Distanzelementes (16) einer zweiten Drehachse (18) der Leitschaufel (14') entspricht.
3. Verstellbarer Leitapparat nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitschaufel (14') relativ zum Distanzelement (16) verdrehbar ist.
4. Verstellbarer Leitapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitschaufel (14') eine Hülse aufweist, welche koaxial mit dem Distanzelement (16) angeordnet ist.
5. Verstellbarer Leitapparat nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hülse unbewegbar mit der Leitschaufel (14') verbunden ist.
6. Verstellbarer Leitapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Distanzelement (16) unbewegbar einenends (22) mit dem ersten Einsatzteil (13) und anderenends (23) mit dem zweiten Einsatzteil (15) verbunden ist.
7. Turbine für einen Abgasturbolader, mit einem Abgasführungsabschnitt (2), in welchem ein verstellbarer Leitapparat (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist.
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