DE102014018069A1 - Turbine for an exhaust gas turbocharger, in particular an internal combustion engine - Google Patents
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- F02C9/18—Control of working fluid flow by bleeding, bypassing or acting on variable working fluid interconnections between turbines or compressors or their stages
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Turbine (28) für einen Abgasturbolader (22), insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine (10), mit zumindest einem einen Aufnahmeraum (36) für ein Turbinenrad (38) aufweisenden Turbinengehäuse (30), welches wenigstens zwei von Abgas durchströmbare und zumindest teilweise fluidisch voneinander getrennte Fluten (32, 34) aufweist, und mit einer Verstelleinrichtung (64), welche wenigstens einen um eine Drehachse (40) drehbaren ersten Versperrkörper (66) zum Einstellen wenigstens eines von Abgas durchströmbaren ersten Strömungsquerschnitts einer ersten der Fluten (32, 34), wenigstens einen um die Drehachse (40) drehbaren zweiten Versperrkörper (68) zum Einstellen wenigstens eines von Abgas durchströmbaren zweiten Strömungsquerschnitts der zweiten Flut (34) sowie ein den Versperrkörpern (66, 68) gemeinsames und um die Drehachse (40) drehbares Betätigungselement (70( aufweist, über welches die Versperrkörper (66, 68) um die Drehachse (40) drehbar sind, wobei das Betätigungselement (70) wenigstens einen Verbindungskanal (W) aufweist und zwischen wenigstens einer Verbindungsstellung, in welcher die Fluten (32, 34) über den Verbindungskanal (W) an wenigstens einer jeweiligen Verbindungsstelle (V) fluidisch miteinander verbunden sind, und wenigstens einer Trennstellung, in welcher die Fluten (32, 34) an der jeweiligen Verbindungsstelle (V) mittels des Betätigungselements (70) fluidisch voneinander getrennt sind, um die Drehachse (40) drehbar ist.The invention relates to a turbine (28) for an exhaust gas turbocharger (22), in particular an internal combustion engine (10), with at least one turbine housing (30) having a receiving space (36) for a turbine wheel (38), which at least two exhaust gas flows through and at least partially fluidly separated from each other floods (32, 34), and with an adjusting device (64) which at least one about a rotation axis (40) rotatable first Verperrkörper (66) for adjusting at least one of exhaust gas-flowable first flow cross-section of a first of the floods (32 , 34), at least one about the rotation axis (40) rotatable second Versperrkörper (68) for adjusting at least one exhaust flow-through second flow cross section of the second flood (34) and the Versperrkörpern (66, 68) common and about the axis of rotation (40) rotatable actuating element (70 (over which the Versperrkörper (66, 68) rotatably about the axis of rotation (40) sin d, wherein the actuating element (70) has at least one connecting channel (W) and between at least one connecting position, in which the floods (32, 34) via the connecting channel (W) at least one respective connection point (V) are fluidly interconnected, and at least one separation position, in which the floods (32, 34) at the respective connection point (V) by means of the actuating element (70) are fluidly separated from each other, about the axis of rotation (40) is rotatable.
Description
Die Erfindung betrifft eine Turbine für einen Abgasturbolader, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a turbine for an exhaust gas turbocharger, in particular an internal combustion engine, according to the preamble of
Eine solche Turbine für einen Abgasturbolader, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, ist beispielsweise bereits der
Die Verstelleinrichtung weist ferner wenigstens einen um die Drehachse drehbaren zweiten Versperrkörper zum Einstellen wenigstens eines von Abgas durchströmbaren zweiten Strömungsquerschnitts der zweiten Flut auf. Mit anderen Worten ist der zweite Strömungsquerschnitt der zweiten Flut variabel einstellbar, indem der zweite Versperrkörper um die Drehachse gedreht wird. Darüber hinaus umfasst die Verstelleinrichtung ein den Versperrkörpern gemeinsames und um die Drehachse drehbares Betätigungselement, über welches die Versperrkörper um die Drehachse drehbar sind. Das Betätigungselement ist beispielsweise ein um die Drehachse drehbarer Ring.The adjusting device furthermore has at least one second locking body rotatable about the axis of rotation for adjusting at least one second flow cross section of the second flood through which exhaust gas can flow. In other words, the second flow cross-section of the second flood is variably adjustable by the second locking body is rotated about the axis of rotation. In addition, the adjusting device comprises a common to the Versperrkörpern and rotatable about the axis of rotation actuating element, via which the Versperrkörper are rotatable about the axis of rotation. The actuating element is, for example, a ring rotatable about the axis of rotation.
Wird der Ring um die Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse gedreht, so werden die Versperrkörper mitgedreht, da die Versperrkörper beispielsweise mit dem Betätigungselement verbunden beziehungsweise einstückig mit dem Betätigungselement ausgebildet sind. Durch die variable Einstellbarkeit der Strömungsquerschnitte kann die Turbine an unterschiedliche Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine bedarfsgereicht angepasst werden. Insbesondere ist es möglich, die Turbine an unterschiedliche Massenströme des Abgases anzupassen.If the ring is rotated about the axis of rotation relative to the turbine housing, so the Versperrkörper be rotated, since the Versperrkörper example, connected to the actuating element or formed integrally with the actuating element. Due to the variable adjustability of the flow cross sections, the turbine can be adapted to different operating points of the internal combustion engine as needed. In particular, it is possible to adapt the turbine to different mass flows of the exhaust gas.
Die Versperrkörper können beispielsweise im Querschnitt nach Art von Zungen ausgebildet sein, so dass die Verstelleinrichtung üblicherweise auch als Zungenschieber bezeichnet wird. Es hat sich gezeigt, dass mit einer variablen Turbine nach dem Zungenschieberprinzip eine Vielzahl von Anforderungen an das Aufladesystem, wie beispielsweise hohe Agilität, günstiges Verbrauchsverhalten im Fahrbereich, Beeinflussungsmöglichkeiten zur Absenkung der Emissionen, zum Beispiel über die Abgasrückführung, bewirkt durch eine asymmetrische Segmentgestaltung, mechanische Zuverlässigkeit der einfachen Verstelleinrichtung in Form des Zungenschiebers, Einwirkung auf die Erhöhung der Motorbremsleistung, einfache Vorrichtung für das Thermomanagement der Verbrennungskraftmaschine, Verwendung im zweistufigen Aufladesystem als Hochdruckturbine ohne Bypassierung derselben, kostengünstige Produktionsvoraussetzungen usw. befriedigt werden können.The Versperrkörper can be formed, for example in cross section in the manner of tongues, so that the adjustment is commonly referred to as a tongue slider. It has been shown that with a variable turbine according to the tongue slide principle, a large number of requirements for the charging system, such as high agility, favorable consumption behavior in the driving range, influencing possibilities for reducing emissions, for example via the exhaust gas recirculation, caused by an asymmetric segment design, mechanical Reliability of the simple adjustment device in the form of the tongue slider, acting on the increase of the engine braking performance, simple device for the thermal management of the internal combustion engine, use in two-stage supercharging system as a high-pressure turbine without bypassing the same, cost-effective production conditions, etc. can be satisfied.
Ein grundlegendes Problem von Turbinen, insbesondere Segmentturbinen, im Stoßaufladesystem besteht in dem großen Flächenbedarf für die Abgasströmung im mittleren bis oberen Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine in Verbindung mit der pulsierenden Beaufschlagung durch die Motoraustrittsströmung, was mit erhöhten Ventilationsverlusten im Turbinenrad einhergeht. Dieser Flächenbedarf kann wohl weitgehend durch die Variabilität des Zungenschiebers beziehungsweise durch die Durchsatzspreizung der variablen Einrichtung der Turbine erfüllt werden. Dennoch wünscht man sich aus Wirkungsgradgründen auch bei den variablen Stoßturbinen und insbesondere bei der einfachen Zungenschieberturbine eine einfache Vorrichtung, mit der der Stoßeffekt gedämpft werden kann und somit insbesondere ein größerer Ausnutzungsgrad der Radschaufelkanäle bei verminderter Ventilation durch den großen Abgasvolumenstrom erzielbar wird.A fundamental problem of turbines, in particular segmented turbines, in the turbocharger system is the large area requirement for the exhaust gas flow in the middle to upper rpm range of the internal combustion engine in conjunction with the pulsating application of the engine exhaust flow, which is accompanied by increased ventilation losses in the turbine wheel. This area requirement can probably be met largely by the variability of the tongue slider or by the throughput spread of the variable device of the turbine. Nevertheless, one wishes for efficiency reasons in the variable impact turbines and especially in the simple tongue slider turbine a simple device with which the shock effect can be damped and thus in particular a greater degree of utilization of Radschaufelkanäle at reduced ventilation by the large exhaust gas volume flow can be achieved.
Die Folge einer Stoß-Stau-Umschaltung zeigt sich insbesondere bei Ottomotoren für Personenkraftwagen in einer starken Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs im letzten Motor-Drehzahlviertel bis zum Motornennpunkt, was auch mit einer merklichen Zurücknahme der Anfettung auf Grund der abgesenkten Motordrücke und Temperaturen im Austrittstrakt ermöglicht wird.The consequence of a shock-congestion switching is particularly evident in gasoline engines for passenger cars in a strong reduction in fuel consumption in the last engine speed quarter to the engine nominal point, which is also possible with a significant withdrawal of enrichment due to the lowered engine pressures and temperatures in the exit tract.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Turbine der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher sich eine besonders einfache Umschaltmöglichkeit realisieren lässt, durch die auf besonders einfache Weise zwischen einer Stoßaufladung und einer Stauaufladung umgeschaltet werden kann.Object of the present invention is therefore to provide a turbine of the type mentioned, by means of which a particularly simple switchover can be realized, can be switched by a particularly simple way between a shock charging and a congestion charging.
Diese Aufgab wird durch eine Turbine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a turbine having the features of
Um eine Turbine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mittels welcher sich eine besonders einfache Umschaltmöglichkeit realisieren lässt, durch die zwischen einer Stoßaufladung und einer Stauaufladung der Verbrennungskraftmaschine umgeschaltet werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Betätigungselement wenigstens einen Verbindungskanal aufweist und zwischen wenigstens einer Verbindungsstellung und wenigstens einer Trennstellung um die Drehachse drehbar ist. In der Verbindungsstellung sind die Fluten über den Verbindungskanal an wenigstens einer jeweiligen Verbindungsstelle fluidisch miteinander verbunden, in der Trennstellung sind die Fluten an der jeweiligen Verbindungsstelle mittels des Betätigungselements fluidisch voneinander getrennt. Befindet sich die Verstelleinrichtung beziehungsweise das Betätigungselement in der Trennstellung, so ist dadurch beispielsweise eine Stoßaufladung der Verbrennungskraftmaschine eingestellt. In der Verbindungsstellung jedoch ist eine Stauaufladung der Verbrennungskraftmaschine eingestellt, so dass durch die Verstelleinrichtung eine besonders einfache Umschaltmöglichkeit geschaffen ist, mittels welcher zwischen der Stoßaufladung und der Stauaufladung umgeschaltet werden kann. Dadurch kann die erfindungsgemäße Turbine auf besonders einfach Weise an unterschiedliche Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine angepasst werden, so dass sich ein besonders effizienter, das heißt kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit nur geringen Emissionen realisieren lässt.In order to create a turbine of the type specified in the preamble of
Gleichzeitig weist die erfindungsgemäße Turbine eine hohe Robustheit auf, da die Verstelleinrichtung eine einfache mechanische Verstelleinrichtung beispielsweise in Form eines Zungenschiebers ist. Hierbei ist eine besonders weiche Verstellfunktion ohne Unstetigkeiten für eine zunehmende Verstärkung des Staubetriebs beziehungsweise Dämpfung der Stoßbetriebsweise realisierbar, wodurch eine besonders vorteilhafte Einstellbarkeit, insbesondere Steuerbarkeit oder Regelbarkeit, der Turbine darstellbar ist. Mit anderen Worten ist es möglich, eine Stoß-Stau-Umschaltung mit zumindest im Wesentlichen stetigem Verhalten zu realisieren.At the same time, the turbine according to the invention has a high degree of robustness, since the adjusting device is a simple mechanical adjusting device, for example in the form of a tongue slide. Here, a particularly soft adjustment without discontinuities for an increasing gain of the dust operation or damping of the surge mode can be realized, whereby a particularly advantageous adjustability, in particular controllability or controllability, the turbine is displayed. In other words, it is possible to realize a shock-congestion switching with at least substantially steady behavior.
Die Fluten sind Zuführkanäle, mittels welchen das die Fluten durchströmende Abgas zu dem Aufnahmeraum geführt wird. In dem Aufnahmeraum ist ein Turbinenrad aufnehmbar, welches um eine Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse drehbar ist. Das aus den Fluten ausströmende und in den Aufnahmeraum einströmende Abgas strömt das Turbinenrad an, wobei das Turbinenrad mittels des Abgases angetrieben wird. In der Verbindungsstellung sind die Zuführkanäle an der jeweiligen Verbindungsstelle über den Verbindungskanal des Betätigungselements fluidisch miteinander verbunden. In der Trennstellung jedoch sind die Zuführkanäle mittels des Betätigungselements an den jeweiligen Verbindungsstellen fluidisch voneinander getrennt.The floods are feed channels, by means of which the exhaust gas flowing through the floods is led to the receiving space. In the receiving space, a turbine wheel is receivable, which is rotatable about an axis of rotation relative to the turbine housing. The effluent from the floods and flowing into the receiving space exhaust gas flows to the turbine wheel, wherein the turbine wheel is driven by means of the exhaust gas. In the connection position, the supply channels are fluidically connected to each other at the respective connection point via the connecting channel of the actuating element. In the disconnected position, however, the supply channels are fluidly separated from each other by means of the actuating element at the respective connection points.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass in der Verbindungsstellung ein geringster Strömungsquerschnitt, über welchen die Fluten fluidisch miteinander verbunden sind, zumindest teilweise durch das Betätigungselement begrenzt ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Betätigungselement in eine Mehrzahl von Verbindungsstellungen um die Drehachse drehbar ist, wobei durch Bewegen des Betätigungselements in die jeweiligen Verbindungsstellungen der engste Strömungsquerschnitt, über welchen die Fluten fluidisch miteinander verbunden sind, einstellbar ist. Mit anderen Worten korrespondieren die jeweiligen Verbindungsstellungen mit jeweiligen Werten des engsten Strömungsquerschnitts, über welchen die Fluten fluidisch miteinander verbunden sind. In der Trennstellung beträgt der Wert des Strömungsquerschnitts Null, so dass die Fluten an den jeweiligen Verbindungsstellungen mittels des Betätigungselements fluidisch voneinander getrennt sind. Die Einstellung, das heißt die Steuerung oder Regelung des engsten Strömungsquerschnitts, über welchen die Fluten in der Verbindungsstellungen fluidisch miteinander verbunden sind, erfolgt über den Verbindungskanal, welcher beispielsweise als Umblasewanne ausgebildet ist. Dies bedeutet beispielsweise, dass der Kanal durch eine in radialer Richtung nach innen hin offene und beispielsweise zumindest im Wesentlichen wannenförmige Ausnehmung des Betätigungselements gebildet ist.Preferably, it is provided that, in the connection position, a smallest flow cross-section, via which the flows are fluidically connected to one another, is limited at least partially by the actuating element. It can be provided that the actuating element is rotatable about the axis of rotation in a plurality of connecting positions, wherein by moving the actuating element into the respective connecting positions of the narrowest flow cross section, via which the floods are fluidly connected to each other, is adjustable. In other words, the respective connection positions correspond to respective values of the narrowest flow cross section, via which the flows are fluidically connected to one another. In the disconnected position, the value of the flow cross-section is zero, so that the floods are fluidically separated from one another at the respective connecting positions by means of the actuating element. The setting, that is, the control or regulation of the narrowest flow cross section, through which the floods are fluidly connected to each other in the connecting positions, via the connecting channel, which is formed for example as a Umblasewanne. This means, for example, that the channel is formed by a radially inwardly open and, for example, at least substantially trough-shaped recess of the actuating element.
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.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Darüber hinaus umfasst die Verbrennungskraftmaschine
In Zusammenschau mit
Die Verbrennungskraftmaschine
Durch das durch den Verdichter
Die Verbrennungskraftmaschine
Die Abgasrückführeinrichtung
Die Fluten
Aus
Entsprechend erstreckt sich die zweite Flut
Die Fluten
Alternativ dazu ist es denkbar, dass die Turbine
Darüber hinaus umfasst die Verstelleinrichtung
Stromab der Turbine
Um nun auf besonders einfache Weise eine Umschaltmöglichkeit zu Realisieren, mittels welcher zwischen einer durch den Abgasturbolader
Der Ring
In der Verbindungsstellung sind die Fluten
In der Trennstellung des Zungenschiebers sind die Fluten
Insgesamt ist erkennbar, dass eine Einstellung, das heißt Steuerung oder Regelung, des engsten Strömungsquerschnitts, über welchen die Fluten
Aus
Aus
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 1212
- Zylindergehäusecylinder housing
- 1414
- Zylindercylinder
- 1616
- Zylindercylinder
- 1818
- Abgastraktexhaust tract
- 2020
- Flutflood
- 2222
- Flutflood
- 2424
- Abgaskrümmerexhaust manifold
- 2626
- Abgasturboladerturbocharger
- 2828
- Turbineturbine
- 3030
- Turbinengehäuseturbine housing
- 3232
- erste Flutfirst tide
- 3434
- zweite Flutsecond tide
- 3636
- Aufnahmeraumaccommodation space
- 3838
- Turbinenradturbine
- 4040
- Drehachseaxis of rotation
- 4242
- Ansaugtraktintake system
- 4444
- Luftfilterair filter
- 4646
- Verdichtercompressor
- 4848
- Verdichterradcompressor
- 5050
- Wellewave
- 5252
- LadeluftkühlerIntercooler
- 5454
- LadeluftverteilerCharge-air distributor
- 5656
- AbgasrückführeinrichtungExhaust gas recirculation device
- 5858
- AbgasrückführleitungExhaust gas recirculation line
- 6060
- AbgasrückführventilExhaust gas recirculation valve
- 62 62
- AbgasrückführkühlerExhaust gas recirculation cooler
- 6464
- Verstelleinrichtungadjustment
- 6666
- Zungetongue
- 6868
- Zungetongue
- 7070
- Ringring
- 7272
- Abgasnachbehandlungseinrichtungexhaust treatment device
- 7474
- Recheneinrichtungcomputing device
- 7676
- UmblasekanalUmblasekanal
- 7878
- UmblasekanalUmblasekanal
- 8080
- Verbindungsflanschconnecting flange
- 8282
- Ordinateordinate
- 8484
- Abszisseabscissa
- 8686
- Verlaufcourse
- 8888
- Verlaufcourse
- AA
- AbblasebereichBlow off
- AmaxAmax
- maximale Zunahme durch Abblasungmaximum increase due to blow-off
- UU
- UmblasebereichUmblasebereich
- WW
- Verbindungskanalconnecting channel
- ZS_UMZS_UM
- RingschieberbereichAnnular slide area
- εε
- Verstellwinkeldisplacement
- φAges A Ages
- UmschlingungswinkelWrap angle
- φA0 φ A0
- AnfangswinkelStarting angle
- φB0 φ B0
- AnfangswinkelStarting angle
- φAE φ AE
- Endwinkelend angle
- φBE φ BE
- Endwinkelend angle
- ASA0 A SA0
- SpiraleneintrittsquerschnittSpiral inlet cross-section
- ASB0 A SB0
- SpiraleneintrittsquerschnittSpiral inlet cross-section
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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