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Abgasturbolader

IP.com Disclosure Number: IPCOM000033177D
Original Publication Date: 2004-Dec-25
Included in the Prior Art Database: 2004-Dec-25

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader fuer eine Brenn-kraftmaschine, mit einem Kompressor und einer Turbine, wobei in dem Kompressor eine Kompressorrad drehbar gelagert ist und in der Turbine ein Turbinenrad drehbar gelagert ist und das Kompressorrad mittels einer drehbar gelagerten Turbowelle mit dem Turbinenrad mechanisch verbunden ist und wobei der Abgas-turbolader eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl der Turbowelle aufweist. Die von einer Brennkraftmaschine erzeugte Leistung haengt von der Luftmasse und der entsprechenden Kraftstoffmenge ab, die der Maschine zur Verbrennung zur Verfuegung gestellt werden kann. Will man die Leistung der Brennkraftmaschine steigern, muss mehr Verbrennungsluft und mehr Kraftstoff zugefuehrt wer-den. Diese Leistungssteigerung wird bei einem Saugmotor durch eine Hubraumvergroesserung oder durch die Erhoehung der Drehzahl erreicht. Eine Hubraumvergroesserung fuehrt aber grundsaetzlich zu schwereren in den Abmessungen groesseren und damit teureren Brennkraftmaschinen. Die Steigerung der Drehzahl bringt be-sonders bei groesseren Brennkraftmaschinen erhebliche Probleme und Nachteile mit sich und ist aus technischen Gruenden be-grenzt. Eine viel genutzte technische Loesung zur Steigerung der Leis-tung einer Brennkraftmaschine ist die Aufladung. Damit be-zeichnet man die Vorverdichtung der Verbrennungsluft durch einen Abgasturbolader oder auch mittels eines vom Motor me-chanisch angetriebenen Verdichters. Ein Abgasturbolader be-steht im Wesentlichen aus einem Stroemungsverdichter und einer Turbine, die mit einer gemeinsamen Welle verbunden sind und mit der gleichen Drehzahl rotieren. Die Turbine setzt die normalerweise nutzlos verpuffende Energie des Abgases in Ro-tationsenergie um und treibt den Verdichter an. Der Verdich-ter saugt Frischluft an und foerdert die vorverdichtete Luft zu den einzelnen Zylindern des Motors. Der groesseren Luftmen-ge in den Zylindern kann eine erhoehte Kraftstoffmenge zuge-fuehrt werden, wodurch die Verbrennungskraftmaschine mehr Leistung abgibt. Der Verbrennungsvorgang wird zudem guenstig beeinflusst, so dass die Verbrennungskraftmaschine einen bes-seren Gesamtwirkungsgrad erzielt. Darueber hinaus kann der Drehmomentverlauf einer mit einem Turbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine aeusserst guenstig gestaltet werden. Bei Fahrzeugherstellern vorhandene Seriensaugmotoren koennen durch den Einsatz eines Abgasturboladers ohne grosse konstruktive Eingriffe an der Brennkraftmaschine wesentlich optimiert wer-den. Aufgeladene Brennkraftmaschinen haben in der Regel einen geringeren spezifischen Kraftstoffverbrauch und weisen eine geringere Schadstoffemission auf. Darueber hinaus sind Turbo-motoren in der Regel leiser als Saugmotoren gleicher Leis-tung, da der Abgasturbolader selbst wie ein zusaetzlicher Schalldaempfer wirkt. Bei Brennkraftmaschinen mit einem grossen Betriebsdrehzahlbereich, zum Beispiel bei Brennkraftmaschinen fuer Personenkraftwagen, wird schon bei niedrigen Motordreh-zahlen ein hoher Ladedruck gefordert. Dafuer wird bei diesen Turboladern ein Ladedruckregelventil, ein so genanntes Waste-Gate-Ventil, eingefuehrt. Durch die Wahl eines entsprechenden Turbinengehaeuses wird schon bei niedrigen Motordrehzahlen schnell ein hoher Ladedruck aufgebaut. Das Ladedruckregelven-til (Waste-Gate-Ventil) begrenzt dann bei steigender Motor-drehzahl den Ladedruck auf einen gleich bleibenden Wert. Al-ternativ kommen Turbolader mit variabler Turbinengeometrie (VTG) zum Einsatz.

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S

Abgasturbolader

Idee: Dr. Johannes Ante, DE-Regensburg; Markus Gilch, DE-Regensburg; Fernando-Monge

Villalobos, DE-Regensburg

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader fuer eine Brenn-kraftmaschine, mit einem Kompressor und einer Turbine, wobei in dem Kompressor eine Kompressorrad drehbar gelagert ist und in der Turbine ein Turbinenrad drehbar gelagert ist und das Kompressorrad mittels einer drehbar gelagerten Turbowelle mit dem Turbinenrad mechanisch verbunden ist und wobei der Abgas-turbolader eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl der Turbowelle aufweist.

Die von einer Brennkraftmaschine erzeugte Leistung haengt von der Luftmasse und der entsprechenden Kraftstoffmenge ab, die der Maschine zur Verbrennung zur Verfuegung gestellt werden kann. Will man die Leistung der Brennkraftmaschine steigern, muss mehr Verbrennungsluft und mehr Kraftstoff zugefuehrt wer-den. Diese Leistungssteigerung wird bei einem Saugmotor durch eine Hubraumvergroesserung oder durch die Erhoehung der Drehzahl erreicht. Eine Hubraumvergroesserung fuehrt aber grundsaetzlich zu schwereren in den Abmessungen groesseren und damit teureren Brennkraftmaschinen. Die Steigerung der Drehzahl bringt be-sonders bei groesseren Brennkraftmaschinen erhebliche Probleme und Nachteile mit sich und ist aus technischen Gruenden be-grenzt.

Eine viel genutzte technische Loesung zur Steigerung der Leis-tung einer Brennkraftmaschine ist die Aufladung. Damit be-zeichnet man die Vorverdichtung der Verbrennungsluft durch einen Abgasturbolader oder auch mittels eines vom Motor me-chanisch angetriebenen Verdichters. Ein Abgasturbolader be-steht im Wesentlichen aus einem Stroemungsverdichter und einer Turbine, die mit einer gemeinsamen Welle verbunden sind und mit der gleichen Drehzahl rotieren. Die Turbine setzt die normalerweise nutzlos verpuffende Energie des Abgases in Ro-tationsenergie um und treibt den Verdichter an. Der Verdich-ter saugt Frischluft an und foerdert die vorverdichtete Luft zu den einzelnen Zylindern des Motors. Der groesseren Luftmen-ge in den Zylindern kann eine erhoehte Kraftstoffmenge zuge-fuehrt werden, wodurch die Verbrennungskraftmaschine mehr Leistung abgibt. Der Verbrennungsvorgang wird zudem guenstig beeinflusst, so dass die Verbrennungskraftmaschine einen bes-seren Gesamtwirkungsgrad erzielt. Darueber hinaus kann der Drehmomentverlauf einer mit einem Turbolader aufgeladenen Brennkraftmaschine aeusserst guenstig gestaltet werden. Bei Fahrzeugherstellern vorhandene Seriensaugmotoren koennen durch den Einsatz eines Abgasturboladers ohne grosse konstruktive Eingriffe an der Brennkraftmaschine wesentlich optimiert wer-den. Aufgeladene Brennkraftmaschinen haben in der Regel einen geringeren spezifischen Kraftstoffverbrauch und weisen eine geringere Schadstoffemission auf. Darueber hinaus sind Turbo- motoren in der Regel leiser als Saugmotoren gleicher Leis-tung, da der Abgasturbolader selbst wie ein zusaetzlicher Schalldaempfer wirkt. Bei Brennkraftm...