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Dokumentenidentifikation DE102005049138A1 19.04.2007
Titel Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Attinger, Thomas, Dipl.-Ing., 70597 Stuttgart, DE;
Knauel, Peter, Dipl.-Ing., 73773 Aichwald, DE
DE-Anmeldedatum 14.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005049138
Offenlegungstag 19.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.04.2007
IPC-Hauptklasse F02B 37/007(2006.01)A, F, I, 20051014, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (2), das einen Frischluftführungsabschnitt (3) und einen Abgasführungsabschnitt (4) aufweist, wobei im Frischluftführungsabschnitt (3) ein erstes Verdichterrad (6) und ein zweites Verdichterrad (7) untergebracht sind und im Abgasführungsabschnitt (4) ein erstes Turbinenrad (24) und ein zweites Turbinenrad (25) untergebracht sind, wobei das erste Verdichterrad (6) mit dem ersten Turbinenrad (24) über eine erste Welle (20) drehfest verbunden ist und das zweite Verdichterrad (7) mit dem zweiten Turbinenrad (25) über eine zweite Welle (21) drehfest verbunden ist und und die erste Welle (20) in der zweiten Welle (21) drehbar gelagert ist, wobei die zweite Welle (21) in einem Lagerabschnitt (5) des Gehäuses (2) drehbar gelagert ist.
Erfindungsgemäß weist der Abgasführungsabschnitt (4) zur Steuerung des Abgases in einem ersten Einströmkanal (26) ein Steuerelement (40) und/oder in einem zweiten Einströmkanal (29) ein Steuerelement (41) auf, so dass die Turbinenräder (24, 25) variabel und unabhängig voneinander antreibbar sind.
Die Erfindung wird bevorzugt im Kraftfahrzeugbau bei einer V-förmigen Brennkraftmaschine eingesetzt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Abgasturbolader werden sowohl bei fremdgezündeten als auch bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen zur Erhöhung der Zylinderladung eingesetzt. Die Erhöhung der Zylinderladung kann zu einer Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine führen.

Abgasturbolader umfassen in der Regel zwei Strömungsmaschinen, eine Turbine und einen Verdichter, die über eine Welle miteinander drehfest gekoppelt sind. Die Turbine wird über das in ihr expandierende Abgas der Brennkraftmaschine beaufschlagt. Der Verdichter wird von der Turbine über die feste Welle angetrieben. Vom Verdichter wird Verbrennungsluft angesaugt und komprimiert. Der Abgasturbolader und/oder seine Peripherie sind so zu gestalten, dass der Brennkraftmaschine in jedem Betriebspunkt ausreichend Luft zur Verfügung steht.

Der Abgasturbolader reagiert aufgrund seines Massenträgheitsmomentes bei plötzlicher Steigerung der Last und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine verzögert. Dieses verzögerte Ansprechverhalten ist unter dem Schlagwort "Turboloch" bekannt und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasturbolader der Brennkraftmaschine für den entsprechenden Betriebspunkt zu wenig Verbrennungsluft zur Verfügung stellt.

Wird der Abgasturbolader für den Nennleistungspunkt der Brennkraftmaschine ausgelegt, so ist er in der Regel für ein schnelles Ansprechen im unteren und mittleren Last- und Drehzahlbereich zu groß ausgelegt. Mit unterschiedlichen Strategien wird versucht das Ansprechverhalten des Abgasturboladers im gesamten Betriebsbereich zu verbessern.

Einer dieser Ansätze geht aus der gattungsgemäßen Druckschrift DE 25 50 054 A1 hervor, die einen Abgasturbolader offenbart, in dessen Gehäuse ein erstes und ein zweites Turbinenrad, sowie ein erstes und ein zweites Verdichterrad untergebracht sind. Das erste Turbinenrad und das erste Verdichterrad sind über eine erste Welle drehfest miteinander verbunden. Eine zweite Welle verbindet das zweite Turbinenrad und das zweite Verdichterrad drehfest miteinander. Die erste Welle ist drehbar in der zweiten Welle aufgenommen, während die zweite Welle drehbar im Gehäuse gelagert ist. Sowohl die Turbinen- als auch die Verdichterräder sind nebeneinander in einer Reihe angeordnet. Die beiden Turbinenräder sind so in einer Reihe angeordnet, dass beide Turbinenräder gemeinsam mit einer bestimmten, steuerbaren Abgasmenge beaufschlagbar sind. Die beiden Turbinenräder sind nicht unabhängig voneinander betreibbar. So ist zum Beispiel kein Turbinenrad stillzulegen, während das andere in Betrieb ist.

Eine Baugruppe bestehend aus einem Turbinenrad, einem Verdichterrad und einer zugehörigen Welle ist üblicherweise und im Folgenden mit dem Begriff „Laufzeug" bezeichnet.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Abgasturbolader mit mindestens zwei Laufzeugen bereitzustellen, der sich sowohl durch eine kompakte Gestaltung als auch durch eine variable Betriebsweise der Laufzeuge auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Abgasturbolader weist in seinem Gehäuse einen Abgasführungsabschnitt auf. Im Abgasführungsabschnitt sind ein erstes und ein zweites Turbinenrad angeordnet. Über einen ersten Einströmkanal ist Abgas auf das erste Turbinenrad leitbar. Über einen zweiten Einströmkanal ist Abgas auf das zweite Turbinenrad leitbar. Der Abgasturbolader weist weiterhin in seinem Gehäuse einen Frischluftführungsabschnitt und einen Lagerabschnitt auf. Im Frischluftabschnitt sind ein erstes und ein zweites Verdichterrad vorgesehen. Im Lagerabschnitt sind eine erste und eine zweite Welle vorgesehen. Die erste Welle stellt eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Turbinenrad und dem ersten Verdichterrad her. Die zweite Welle stellt eine drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Turbinenrad und dem zweiten Verdichterrad her. Eine Baugruppe bestehend aus dem ersten Turbinenrad, dem ersten Verdichterrad und der ersten Welle ist im Folgenden als erstes Laufzeug bezeichnet. Die Baugruppe bestehend aus dem zweiten Turbinenrad, dem zweiten Verdichterrad und der zweiten Welle ist im Folgenden als zweites Laufzeug bezeichnet.

Damit die Turbinenräder unabhängig voneinander von Abgas beaufschlagbar sind, ist erfindungsgemäß in mindestens einem der Einströmkanäle mindestens ein Steuerelement vorgesehen. Es kann auch in beiden Einströmkanälen je ein Steuerelement angeordnet sein. Über ein Steuerelement kann der entsprechende Einströmkanal geöffnet, teilweise geöffnet oder geschlossen werden. Es besteht zum Beispiel die Möglichkeit, einen der beiden Einströmkanäle zu schließen, so dass Abgas nur auf das Turbinenrad strömen kann, dessen Einströmkanal geöffnet ist. Der Einströmkanal kann auch nur teilweise geöffnet sein, so dass nur ein Teil des Abgases durch diesen Einströmkanal strömt und das entsprechende Turbinenrad entsprechend beaufschlagt wird. Der übrige Teil des Abgases strömt durch den anderen Einströmkanal und beaufschlagt das andere Turbinenrad. Durch die variable Steuerung des Abgases aufgrund der in den Einströmkanälen vorgesehenen Steuerelemente ist eine variable Beaufschlagung der Turbinenräder möglich, wodurch sich eine variable Betriebsweise der Laufzeuge ergibt.

In einer Ausgestaltung nach Anspruch 2 mündet im Abgasführungsabschnitt ein zweiter Abgasausströmkanal in den ersten Einströmkanal ein, wodurch eine kompakte Gestaltung erzielbar ist.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 3 ist zur kompakten Gestaltung im Frischluftführungsabschnitt ein erster Verdichterradrücken des ersten Verdichterrades einem zweiten Verdichterradrücken des zweiten Verdichterrades zugewandt.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist zur Vermeidung von Strömungsverlusten in einem zwischen dem ersten Verdichterradrücken und dem zweiten Verdichterradrücken gebildeten Spalt ein ringförmiger Gehäusesteg vorgesehen.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 5 sind im Frischluftführungsabschnitt ein dem zweiten Verdichterrad zugewandter Endbereich des zweiten Ansaugkanals und das zweite Verdichterrad koaxial ausgeführt. Dies ermöglicht eine Vermeidung von Strömungsverlusten bei der Anströmung des zweiten Verdichterrades.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 6 mündet im Frischluftführungsabschnitt ein zweiter Frischluftaustrittskanal in einen ersten Frischluftaustrittskanal ein. Dies trägt weiterhin zur kompakten Gestaltung bei.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 7 ist zur kompakten Gestaltung im Frischluftführungsabschnitt ein Verdichterradaustrittsbereich des ersten Verdichterrades nahe einem Verdichterradeintrittsbereich des zweiten Verdichterrades vorgesehen. Um Strömungsverluste klein zu halten, ist ein erster Abstand zwischen dem Verdichterradaustrittsbereich des ersten Verdichterrades und dem Verdichterradeintrittsbereich des zweiten Verdichterrades vorgesehen. Dieser erste Abstand ist in der Größe einer Wandstärke des ersten Ansaugkanals ausgebildet.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 8 ist zur kompakten Gestaltung im Abgasführungsabschnitt ein Turbinenradaustrittsbereich des zweiten Turbinenrades nahe einem Turbinenradeintrittsbereich des ersten Turbinenrades vorgesehen. Um auch im Abgasführungsabschnitt Strömungsverluste klein zu halten, ist ein zweiter Abstand zwischen dem Turbinenradaustrittsbereich des zweiten Turbinenrades und dem Turbinenradeintrittsbereich des ersten Turbinenrades vorgesehen. Dieser zweite Abstand ist in der Größe einer Wandstärke des ersten Einströmkanals ausgebildet.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 9 weisen zur Steuerung angesaugter Frischluft im Frischluftführungsabschnitt angeordnete Frischluftaustrittskanäle Steuerelemente auf.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 10 ist das Steuerelement in Form eines Ventils oder einer Klappe ausgebildet.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 11 ist an einer ersten Welle eine erste Bremsvorrichtung vorgesehen. Damit ist die erste Welle unabhängig von der zweiten Welle anzuhalten oder in ihrer Drehzahl beeinflussbar.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 12 ist an der zweiten Welle eine zweite Bremsvorrichtung vorgesehen. Damit ist die zweite Welle unabhängig von der ersten Welle anzuhalten oder in ihrer Drehzahl beeinflussbar.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

1 einen Frischluftführungsabschnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers,

2 einen Abgasführungsabschnitt der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasturboladers,

3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers,

4 eine schematisierte Darstellung des Frischluftführungsabschnitts einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers,

5a eine schematisierte Darstellung des Abgasführungsabschnitts der dritten Ausführungsform des Abgasturboladers und

5b eine schematisierte Darstellung des Abgasführungsabschnitts einer vierten Ausführungsform des Abgasturboladers.

In den Figuren sind alle gleichen oder gleich wirkenden Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Eine Brennkraftmaschine weist einen Ansaugtrakt und einen Abgasstrang auf. Die Brennkraftmaschine ist zum Beispiel als Ottomotor ausgeführt. Der Brennkraftmaschine ist ein Abgasturbolader 1 zugeordnet. Der Abgasturbolader 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches in einen Frischluftführungsabschnitt 3, einen Abgasführungsabschnitt 4 und einen Lagerabschnitt 5 untergliedert ist. Der Frischluftführungsabschnitt 3 ist dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeordnet, während der Abgasführungsabschnitt 4 dem Abgasstrang der Brennkraftmaschine zugeordnet ist.

In 1 ist der Frischluftführungsabschnitt 3 in einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasturboladers 1 dargestellt. Im Frischluftführungsabschnitt 3 sind ein erstes Verdichterrad 6 und ein zweites Verdichterrad 7 vorgesehen.

Der Frischluftführungsabschnitt 3 weist ferner einen ersten Ansaugkanal 8 auf. Stromab des ersten Ansaugkanals 8 ist ein erster Frischluftspiralkanal 9 vorgesehen, welcher in einen ersten Frischluftaustrittskanal 10 mündet. Das erste Verdichterrad 6 ist im ersten Frischluftspiralkanal 9 angeordnet.

Das erste Verdichterrad 6 ist als Niederdruckverdichterrad ausgebildet. Es weist einen ersten Verdichterradrücken 14, einen ersten Verdichterradeintrittsbereich 15 und einen ersten Verdichterradaustrittsbereich 16 auf. Der erste Verdichterradeintrittsbereich 15 ist dem ersten Ansaugkanal 8 zugewandt. Der erste Verdichterradaustrittsbereich 16 ist dem ersten Frischluftaustrittskanal 10 zugewandt.

Der Frischluftführungsabschnitt 3 weist weiterhin einen zweiten Ansaugkanal 11 auf. Stromab des zweiten Ansaugkanals 11 ist ein zweiter Frischluftspiralkanal 12 angeordnet, welcher in einen zweiten Frischluftaustrittskanal 13 mündet.

Das zweite Verdichterrad 7 ist im zweiten Frischluftspiralkanal 12 vorgesehen und bevorzugt als Hochdruckverdichterrad ausgebildet. Das zweite Verdichterrad 7 weist einen zweiten Verdichterradrücken 17, einen zweiten Verdichterradeintrittsbereich 18 und einen zweiten Verdichterradaustrittsbereich 19 auf. Der zweite Verdichterradeintrittsbereich 18 ist dem zweiten Ansaugkanal 11 zugewandt, während der zweite Verdichterradaustrittsbereich 19 dem zweiten Frischluftaustrittskanal 13 zugewandt ist.

Dem ersten Verdichterrad 6 ist eine erste Welle 20 zugeordnet. Dem zweiten Verdichterrad 7 ist eine zweite Welle 21 zugeordnet. Die erste Welle 20 ist in der zweiten Welle 21 drehbar gelagert. Die zweite Welle 21 ist im Lagerabschnitt 5 drehbar gelagert.

Das erste Verdichterrad 6 und das zweite Verdichterrad 7 sind so angeordnet, dass der erste Verdichterradrücken 14 dem zweiten Verdichterradrücken 17 zugewandt ist. Zwischen dem ersten Verdichterradrücken 14 und dem zweiten Verdichterradrücken 17 ist ein Spalt 22 vorgesehen. Um Strömungsverluste klein zu halten, ist im Spalt 22 ein ringförmiger Gehäusesteg 23 ausgebildet.

Stromab des ersten Verdichterradaustrittsbereiches 16 ist eine Abzweigung X vorgesehen, an der der zweite Ansaugkanal 11 mit dem ersten Frischluftaustrittskanal 10 zusammengeführt ist.

Aufgrund der bauraumoptimierten Anordnung der beiden Verdichterräder 6, 7 ist der zweite Ansaugkanal 11 bogenförmig ausgebildet.

Ein dem Verdichterrad 7 zugewandter Endbereich 11a des zweiten Ansaugkanals 11 und der erste Ansaugkanal 8 sind koaxial ausgeführt. Dadurch können Strömungsverluste bei der Anströmung des zweiten Verdichterrades 7 vermieden werden.

Der zweite Frischluftaustrittskanal 13 mündet stromab der Abzweigung X in den ersten Frischluftaustrittskanal 10.

In 2 ist ein Abgasführungsabschnitt 4 des Abgasturboladers 1 in der ersten Ausführungsform dargestellt. Im Abgasführungsabschnitt 4 sind ein erstes Turbinenrad 24 und ein zweites Turbinenrad 25 vorgesehen.

Der Abgasführungsabschnitt 4 weist einen ersten Einströmkanal 26 auf. Stromab des ersten Einströmkanals 26 ist ein erster Abgasspiralkanal 27 vorgesehen, welcher in einen ersten Abgasaustrittskanal 28 mündet. Das erste Turbinenrad 24 ist im ersten Abgasspiralkanal 27 angeordnet.

Das erste Turbinenrad 24 ist bevorzugt als Niederdruckturbinenrad ausgebildet und weist einen ersten Turbinenradrücken 32, einen ersten Turbinenradeintrittsbereich 33 und einen ersten Turbinenradaustrittsbereich 34 auf.

Der erste Turbinenradeintrittsbereich 33 ist dem ersten Einströmkanal 26 zugewandt. Der erste Turbinenradaustrittsbereich 34 ist dem ersten Abgasaustrittskanal 28 zugewandt.

Des Weiteren weist der Abgasführungsabschnitt 4 einen zweiten Einströmkanal 29 auf. Stromab des zweiten Einströmkanals 29 ist ein zweiter Abgasspiralkanal 30 vorgesehen, welcher in einen zweiten Abgasaustrittskanal 31 mündet. Das zweite Turbinenrad 25 ist im zweiten Abgasspiralkanal 30 positioniert.

Das zweite Turbinenrad 25 ist bevorzugt als Hochdruckturbinenrad ausgebildet. Es weist einen zweiten Turbinenradrücken 35, einen zweiten Turbinenradeintrittsbereich 36 und einen zweiten Turbinenradaustrittsbereich 37 auf. Der zweite Turbinenradeintrittsbereich 36 ist dem zweiten Einströmkanal 29 zugewandt. Der zweite Turbinenradaustrittsbereich 37 ist dem zweiten Abgasaustrittskanal 31 zugewandt.

Stromauf des zweiten Turbinenradeintrittsbereiches 36 ist eine Abzweigung Y des zweiten Einströmkanals 29 vom ersten Einströmkanal 26 vorgesehen. Stromab dieser Abzweigung Y ist im ersten Einströmkanal 26 ein erstes Steuerelement 40 angeordnet. Über das Steuerelement 40 kann der erste Einströmkanal 26 geschlossen beziehungsweise geöffnet werden. Um Strömungsverluste gering zu halten, ist das Steuerelement 40 nahe dem zweiten Einströmkanal 29 in den ersten Einströmkanal 26 anzuordnen.

Das Steuerelement 40 ist als Klappe ausgeführt, wobei die Klappe im Gehäuse 2 drehbar gelagert ist. Ebenso könnte das Steuerelement 40 auch als Ventil, zum Beispiel als ein Druckventil in Form eines Einzelventils ausgeführt sein, wobei der Einströmkanal 26 zum Beispiel in Abhängigkeit eines Druckes im Einströmkanal 26 vom Ventil geöffnet oder geschlossen werden kann. Die Arbeitsweise des Ventils könnte der dem Sitzventilprinzips entsprechen.

Der zweite Abgasaustrittskanal 31 mündet stromab des ersten Steuerelementes 40 in den ersten Einströmkanal 26 ein.

Dem ersten Turbinenrad 24 ist die erste Welle 20 zugeordnet. Das erste Turbinenrad 24 ist über die erste Welle 20 mit dem ersten Verdichterrad 6 drehfest verbunden. Das erste Turbinenrad 24, das erste Verdichterrad 6 und die erste Welle 20 werden als Baugruppe zusammengefasst im Folgenden als erstes Laufzeug 38 bezeichnet.

Dem zweiten Turbinenrad 25 ist die zweite Welle 21 zugeordnet. Das zweite Turbinenrad 25 ist über die zweite Welle 21 mit dem zweiten Verdichterrad 7 drehfest verbunden. Das zweite Turbinenrad 25, das zweite Verdichterrad 7 und die zweite Welle 21 werden als Baugruppe zusammengefasst im Folgenden als zweites Laufzeug 39 bezeichnet.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine strömt Abgas über den Abgasstrang in den Abgasführungsabschnitt 4. Wird der erste Einströmkanal 26 an der Abzweigung Y über das erste Steuerelement 40 gesperrt, strömt das Abgas vollständig in den zweiten Einströmkanal 29. Das zweite Turbinenrad 25 wird in eine Drehbewegung versetzt. Diese Drehbewegung wird über die zweite welle 21 auf das zweite Verdichterrad 7 übertragen, so dass mit Hilfe des zweiten Verdichterrades 7 Verbrennungsluft angesaugt und verdichtet wird. Diese Position des ersten Steuerelementes 40 wird im Weiteren als Sperrposition bezeichnet.

Das Abgas strömt über das zweite Turbinenrad 25 in den zweiten Abgasaustrittskanal 31. Stromab des ersten Steuerelementes 40 strömt es vom zweiten Abgasaustrittskanal 31 weiter in den ersten Einströmkanal 26. Das erste Turbinenrad 24 wird in eine Drehbewegung versetzt. Diese Drehbewegung wird über die erste Welle 20 auf das erste Verdichterrad 6 übertragen, so dass mit Hilfe des ersten Verdichterrades 6 Verbrennungsluft angesaugt und verdichtet wird.

Die Sperrposition des ersten Steuerelementes 40 ist bevorzugt bei niedrigen Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine einzustellen.

Bei mittleren Lasten und Drehzahlen oder im Volllastbereich der Brennkraftmaschine wird der erste Einströmkanal 26 vom Steuerelement 40 stromab der Abzweigung Y ganz oder teilweise freigegeben, so dass ein Teil des Abgases im ersten Einströmkanal 26 weiter und der übrige Teil in den zweiten Einströmkanal 29 strömen kann. Der eine Teil des Abgases strömt aus dem ersten Einströmkanal 26 weiter und beaufschlagt das erste Turbinenrad 24, so dass das erste Laufzeug 38 in eine Drehbewegung versetzt wird. Der andere Teil des Abgases strömt aus dem zweiten Einströmkanal 29 weiter und beaufschlagt das zweite Turbinenrad 25, so dass das zweite Laufzeug 39, gleichzeitig mit dem ersten Laufzeug 38, in eine Drehbewegung versetzt wird.

Über das erste Steuerelement 40 kann das Abgas den Anforderungen der Brennkraftmaschine entsprechend auf die beiden Turbinenräder 24, 25 verteilt werden. Ob der erste Einströmkanal 26 vom ersten Steuerelement 40 ganz oder nur teilweise freigegeben wird, ist von dem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine abhängig.

Es kann auch ein zweites Steuerelement 41 im zweiten Einströmkanal 29 angeordnet sein, so dass der zweite Einströmkanal 29 sperrbar ist.

Eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers ist in 3 dargestellt. Ein Frischluftführungsabschnitt 3 weist einen ersten Verdichterradaustrittsbereich 16 des ersten Verdichterrades 6 nahe einem zweiten Verdichterradeintrittsbereich 18 des zweiten Verdichterrades 7 auf. Zwischen dem ersten Verdichterrad 6 und dem zweiten Verdichterrad 7 ist ein erster Abstand 46 vorgesehen, der in etwa die Größe einer Wandstärke WE des ersten Frischluftaustrittskanals 10 aufweist.

Es ist sowohl im ersten Frischluftaustrittskanal 10 ein drittes Steuerelement 42 als auch im zweiten Frischluftaustrittskanal 13 ein viertes Steuerelement 43 vorgesehen.

Wird zum Beispiel zum Bewirken einer Stillsetzung des ersten Laufzeugs 38 über das dritte Steuerelement 42 der erste Frischluftaustrittskanal 10 geschlossen, kann die angesaugte Frischluft vollständig über das zweite Verdichterrad 7 in den zweiten Frischluftaustrittskanal 13 weiterströmen.

Ebenso kann zum Bewirken einer Stillsetzung des zweiten Laufzeuges 39 über das vierte Steuerelement 43 der zweite Frischluftaustrittskanal 13 geschlossen werden. Die Frischluft kann vollständig im ersten Frischluftaustrittskanal 10 weiterströmen.

Der Abgasführungsabschnitt 4 weist den ersten Turbinenradeintrittsbereich 33 nahe dem zweiten Turbinenradaustrittsbereich 37 auf. Zwischen dem ersten Turbinenrad 24 und dem zweiten Turbinenrad 25 ist ein zweiter Abstand 47 vorgesehen, der in etwa die Größe einer Wandstärke WA des ersten Einströmkanals 26 aufweist.

Sowohl an der ersten Welle 20 als auch an der zweiten Welle 21 ist je eine Bremsvorrichtung 44 beziehungsweise 45 vorgesehen. Damit ist jedes Laufzeug 38, 39 unabhängig voneinander in seiner Drehzahl regulierbar.

Im Lagerabschnitt 5 ist die erste Welle 20 in der zweiten Welle 21 mittels eines ersten Lagers 51 gelagert. Die zweite Welle 21 ist mittels eines zweiten Lagers 52 im Gehäuse 2 gelagert. Die Lager 51, 52 können als Wälz- oder Gleitlager ein- oder mehrteilig ausgeführt sein.

In 4 ist ein Frischluftführungsabschnitt 3 einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers 1 dargestellt. Der erste Ansaugkanal 8 und der zweite Ansaugkanal 11 sind in einem Winkel &agr; von ungefähr 90° zueinander vorgesehen. Die erste Welle 20 ist im zweiten Ansaugkanal 11 angeordnet.

Stromauf des ersten Verdichterrades 6 ist im ersten Ansaugkanal 8 ein drittes Steuerelement 42 vorgesehen. Stromauf des zweiten Verdichterrades 7 ist im zweiten Ansaugkanal 11 ein viertes Steuerelement 43 vorgesehen. Stromauf der beiden Steuerelemente 42, 43 ist eine Zusammenführung des ersten Ansaugkanals 8 und des zweiten Ansaugkanals 11 in eine Ansaugleitung 48 vorgesehen.

Zum Bewirken eine Stillsetzung zum Beispiel des ersten Laufzeuges 38 ist das dritte Steuerelement 42 in eine Sperrposition bringbar, so dass der erste Ansaugkanal 8 geschlossen ist. In der Sperrposition des dritten Steuerelementes 42 strömt Frischluft ausschließlich oder zum überwiegenden Teil in den zweiten Ansaugkanal 11.

In 5a ist der Abgasführungsabschnitt 4 der dritten Ausführungsform des Abgasturboladers 1 dargestellt. Die beiden Turbinenradrücken 32, 35 sind koaxial und einander gegenüberliegend angeordnet. Der erste Turbinenradeintrittsbereich 33 und der zweite Turbinenradeintrittsbereich 36 sind einander zugewandt angeordnet. Der erste Abgasaustrittskanal 28 ist neben dem zweiten Abgasaustrittskanal 31 durch eine Trennwand 50 getrennt vorgesehen.

Stromauf des ersten Turbinenradeintrittsbereiches 33 ist im ersten Einströmkanal 26 das erste Steuerelement 40 angeordnet. Stromauf des zweiten Turbinenradeintrittsbereiches 36 ist im zweiten Einströmkanal 29 das zweite Steuerelement 41 angeordnet. Stromauf der beiden Steuerelemente 40, 41 ist eine Zusammenführung des ersten Einströmkanals 26 und des zweiten Einströmkanals 29 in eine Abgasleitung 49 vorgesehen.

Bei einer Stillsetzung zum Beispiel des zweiten Laufzeuges 39 kann mit Hilfe des zweiten Steuerelementes 41 der zweite Einströmkanal 29 gesperrt werden, so dass Abgas nur in den ersten Einströmkanal 26 strömen kann.

In 5b ist der Abgasführungsabschnitt 4 einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers 1 dargestellt. Zwei Turbinenräder 24, 25 sind parallel zueinander angeordnet. Ein zweiter Abgasaustrittskanal 31 ist zwischen dem ersten Turbinenrad 24 und dem zweiten Turbinenrad 25 vorgesehen. Zur kompakten Gestaltung des Abgasführungsabschnittes 4 ist der zweite Abgasaustrittskanal 31 abknickend ausgebildet. Der Knickwinkel beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 90°.

Da der zweite Abgasaustrittskanal 31 zwischen dem ersten Turbinenrad 24 und dem zweiten Turbinenrad 25 vorgesehen ist, ist eine erste Welle 20 innerhalb des zweiten Abgasaustrittskanals 31 angeordnet.

Stromauf des ersten Turbinenrades 24 ist im ersten Einströmkanal 26 ein erstes Steuerelement 40 vorgesehen. Stromauf des zweiten Turbinenrades 25 ist im zweiten Einströmkanal 29 ein zweites Steuerelement 41 vorgesehen.

Die in den 1 und 4 dargestellten Frischluftführungsabschnitte 3 können dem entsprechenden, zur Verfügung stehenden Bauraum angepasst, beliebig mit den in den 2, 5a und 5b dargestellten Abgasführungsabschnitten 4 kombiniert werden.

Die dargestellten Ausführungsformen erfindungsgemäßer Abgasturbolader können zu einer kompakten und leichten Bauweise des variabel betreibbaren Abgasturboladers führen. Durch die koaxiale Anordnung der Wellen ist nur ein Gehäuse des Abgasturboladers notwenig. Dies kann neben der kompakten und leichten Bauweise zu einer kostengünstigen Bauweise führen.

Eine aufwendige Führung zum Beispiel der Ansaugkanäle 8, 11 wie sie beispielsweise bei mehreren Abgasturboladern notwendig ist, entfällt.

Ein weiterer Vorteil eines kompakten Abgasturboladers zeigt sich bei einem Einbau des Abgasturboladers in einem V-Motor. Der Abgasturbolader kann bevorzugt zwischen V-förmig angeordneten Zylindern vorgesehen sein.


Anspruch[de]
Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (2), das einen Frischluftführungsabschnitt (3) und einen Abgasführungsabschnitt (4) aufweist, wobei im Frischluftführungsabschnitt (3) ein erstes Verdichterrad (6) und ein zweites Verdichterrad (7) untergebracht sind, und im Abgasführungsabschnitt (4) ein erstes Turbinenrad (24) und ein zweites Turbinenrad (25) untergebracht sind, wobei das erste Verdichterrad (6) mit dem ersten Turbinenrad (24) über eine erste Welle (20) drehfest verbunden ist und das zweite Verdichterrad (7) mit dem zweiten Turbinenrad (25) über eine zweite Welle (21) drehfest verbunden ist, und die erste Welle (20) in der zweiten Welle (21) drehbar gelagert ist, wobei die zweite Welle (21) in einem Lagerabschnitt (5) des Gehäuses (2) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasführungsabschnitt (4) zur Steuerung des Abgases in einem ersten Einströmkanal (26) ein erstes Steuerelement (40) und/oder in einem zweiten Einströmkanal (29) ein zweites Steuerelement (41) aufweist, so dass die Turbinenräder (24, 25) variabel und unabhängig voneinander antreibbar sind. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasführungsabschnitt (4) ein zweiter Abgasaustrittskanal (31) in den ersten Einströmkanal (26) mündet. Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Frischluftführungsabschnitt (3) ein erster Verdichterradrücken (14) des ersten Verdichterrades (6) einem zweiten Verdichterradrücken (17) des zweiten Verdichterrades (7) zugewandt ist. Abgasturbolader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Strömungsverlusten in einem von dem ersten Verdichterradrücken (14) und dem zweiten Verdichterradrücken (17) gebildeten Spalt (22) ein ringförmiger Gehäusesteg (23) vorgesehen ist. Abgasturbolader nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Frischluftführungsabschnitt (3) ein dem zweiten Verdichterrad (7) zugewandter Endbereich (11a) des zweiten Ansaugkanals (11) und das zweite Verdichterrad (7) koaxial ausgeführt sind. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Frischluftführungsabschnitt (3) ein zweiter Frischluftaustrittskanal (13) in einen ersten Frischluftaustrittskanal (10) mündet. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Frischluftführungsabschnitt (3) ein erster Verdichterradaustrittsbereich (16) des ersten Verdichterrades (6) nahe einem zweiten Verdichterradeintrittsbereich (18) des zweiten Verdichterrades (7) vorgesehen ist, wobei ein erster Abstand (46) zwischen dem ersten Verdichterradaustrittsbereich (16) und dem zweiten Verdichterradeintrittsbereich (18) in Größe einer Wandstärke WE eines Ansaugkanals (8; 11) vorgesehen ist. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasführungsabschnitt (4) ein zweiter Turbinenradaustrittsbereich (37) des zweiten Turbinenrades (25) nahe einem ersten Turbinenradeintrittsbereich (33) des ersten Turbinenrades (24) vorgesehen ist, wobei ein zweiter Abstand (47) zwischen dem zweiten Turbinenradaustrittsbereich (37) und dem ersten Turbinenradeintrittsbereich (33) in Größe einer Wandstärke WA eines Einströmkanals (26; 29) vorgesehen ist. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung angesaugter Frischluft ein im Frischluftführungsabschnitt (3) angeordneter erster Frischluftaustrittskanal (10) ein drittes Steuerelement (42) und/oder ein im Frischluftführungsabschnitt (3) angeordneter zweiter Frischluftaustrittskanal (13) ein viertes Steuerelement (43) aufweisen. Abgasturbolader nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (40; 41; 42; 43) in Form eines Ventils oder einer Klappe ausgebildet ist. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Welle (20) eine erste Bremsvorrichtung (44) vorgesehen ist. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten Welle (21) eine zweite Bremsvorrichtung (45) vorgesehen ist.






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