DE102006024782A1

DE102006024782A1 - Zweistufige Abgasturboladeranordnung

Info

Publication number: DE102006024782A1
Application number: DE102006024782A
Authority: DE
Inventors: Karl Mayr; Thomas Plösser; Johannes Gelbmann; Christoph Samhaber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-05-27
Filing date: 2006-05-27
Publication date: 2007-11-29

Abstract

Zweistufige Abgasturboladeranordnung (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem Abgaskrümmer (2) und mit einer in Strömungsrichtung eines Abgases in Reihe angeordneten Hochdruckturbine in einem Hochdruckturbinengehäuse und einer Niederdruckturbine in einem Niederdruckturbinengehäuse (3), wobei ein von einem Drosselelement (4) verschließbarer Bypass (5) vorgesehen ist, der den Abgaskrümmer (2) und das Niederdruckturbinengehäuse (3) in Strömungsrichtung des Abgases vor der Niederdruckturbine abgasführend miteinander verbindet, wobei das Drosselelement (4) ein um einen Ventilschaft (4a) drehbewegliches Tellerventil mit einem Verschlussteller (4b) ist. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung werden Strömungsverluste des Abgases verringert.

Description

Die Erfindung betrifft eine zweistufige Abgasturboladeranordnung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Sie geht von der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 30 934 A1 aus. In dieser ist eine zweistufige, schaltbare Abgasturboladeranordnung für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Die Abgasturboladeranordnung umfasst einen motornahen Hochdrucklader mit einer mit einem Abgassammler der Brennkraftmaschine abgasführend verbundenen Hochdruckturbine, mit der eine Niederdruckturbine eines Niederdruckladers in Reihe angeordnet ist. Jeder Turbine sind jeweils ein steuerbarer Bypass, ein Niederdruckbypass und ein Hochdruckbypass zugeordnet, wobei der Hochdruckbypass in bekannter Weise mit einem Wastegate-Ventil ausgebildet ist. Dieses Wastegate-Ventil ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes Klappenventil.
Speziell im Übergangsbereich, in dem beide Turbolader einen signifikanten Beitrag zur Erzeugung des Ladedrucks leisten müssen, wird durch die o. g. Klappenanordnung die vorhandene Abgasenergie nicht optimal genutzt. Der nutzbare Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine wird eingeschränkt. Die qualitätsbestimmende „Spreizung" zwischen der Auslegung der Hochdruck- und Niederdruckstufe kann nicht optimal gestaltet werden. Dadurch kommt es entweder zu Anfahrschwächen im unteren Drehzahlbereich, dem sog. Drehmomentloch oder einer geringeren Maximalleistung der Brennkraftmaschine.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, mit der o. g. Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird die Geschwindigkeitsenergie des Abgases der Niederdruckturbine gerichtet, mit geringst möglichen Verlusten zugeführt.
Durch die Ausgestaltungen gemäß Patentanspruch 2 und 3 sind besonders bevorzugte Ausführungsvarianten.
Durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 passt, bzw. schmiegt sich die Wandung des Bypasses an den Verschlussteller an, so dass eine sehr hohe Dichtheit des Drosselelementes erzielt ist.
1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß ausgestaltete zweistufige Abgasturboladeranordnung.
1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß ausgestaltete Abgasturboladeranordnung 1. Die Abgasturboladeranordnung 1 ist für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine mit einem Abgaskrümmer 2 vorgesehen. In Strömungsrichtung eines Abgases sind eine geodätisch oben an den Abgaskrümmer 2 angeordnete, nicht dargestellte Hochdruckturbine mit einem nicht dargestellten Hochdruckturbinengehäuse und eine geodätisch unten an den Abgaskrümmer 2 angeordnete, ebenfalls nicht dargestellte Niederdruckturbi ne in einem Niederdruckturbinengehäuse 3 in Reihe geschaltet. Es ist ein von einem Drosselelement 4 verschließbarer Bypass 5 vorgesehen, der den Abgaskrümmer 2 und das Niederdruckturbinengehäuse 3 in Strömungsrichtung des Abgases vor der Niederdruckturbine abgasführend miteinander verbindet. Zur Funktionsweise der zweistufigen Abgasturboladeraufladung 1 wird ausdrücklich auf die deutsche Offenlegungsschrift DE 102 30 934 A1 hingewiesen.
Erfindungsgemäß ist das Drosselelement 4 ein um einen Ventilschaft 4a drehbewegliches Tellerventil mit einem Verschlussteller 4b. Das Drosselelement 4 ist von einer nicht dargestellten Stellvorrichtung betätigbar, d. h. in Richtung eines Doppelpfeils verdrehbar. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich das Drosselelement 4 in einer Geschlossenstellung. Der Verschlussteller 4b verschließt mit einer nicht näher bezifferten radial außen angeordneten Dichtfläche eine Wandung 6 des Bypasses 5. Um den Bypass 5 zu öffnen, wird das Drosselelement 4 von der Stellvorrichtung in Richtung des Doppelpfeils gedreht. Eine Vollöffnung des Drosselelementes 4 wird nach einer Drehung um ca. 90° erreicht.
Wenn das Drosselelement 4 geöffnet ist, strömt das Abgas aus Zylindern der Brennkraftmaschine durch den Abgaskrümmer 2 weiter durch den Bypass 5 direkt in einen spiralförmig ausgebildeten Niederdruckturbineneinlauf 7 im Niederdruckturbinengehäuse 3.
Besonders bevorzugt ist der Ventilschaft 4a zwischen 40° und 50° zu einer Strömungsachse des Bypasses 5 ausgerichtet. Ebenso ist der Ventilschaft 4a bevorzugt zwischen 40° und 50° zu einer von dem Verschlussteller 4b aufgespannten Ebene ausgerichtet. Die Wandung 6 des Bypasses 5 ist bevorzugt aus einem dünnwandigen, flexiblen Rohr, das sich in der Schließstellung des Verschlusstellers 4b an seine Dichtfläche anpasst, so dass eine hohe Dichtheit des Drosselelementes 4 erzielt wird. Aufgrund der erfin dungsgemäßen Ausgestaltung beschränkt sich die Betätigungskraft des Drosselelementes 4 fast ausschließlich auf die Reibkräfte zwischen dem Verschlussteller 4b und der Wandung 6, bzw. einer nicht näher dargestellten Lagerung des Ventilschafts 4a in der Abgasturboladeranordnung 1. Darüber hinaus ist das Öffnungsverhalten des erfindungsgemäßen Drosselelementes 4 aufgrund seiner progressiven Öffnungscharakteristik sehr vorteilhaft. In weiteren Ausführungsbeispielen kann durch eine entsprechende Geometrie des Verschlusstellers 4b, abweichend von einer in 1 ersichtlichen Basisgeometrie als „dünne Scheibe", strömungsoptimiert werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der zweistufigen schaltbaren Abgasturboladeranordnung 1 wird die Abgasenergie optimal genutzt. Die Geschwindigkeitsenergie des Abgases wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung unmittelbar der Niederdruckturbine gerichtet und mit möglichst geringen Verlusten zugeführt. Hierdurch wird die Nennleistung der Brennkraftmaschine wesentlich verbessert.

1: Abgasturboladeranordnung
2: Abgaskrümmer
3: Niederdruckturbinengehäuse
4: Drosselelement
4a: Ventilschaft
4b: Verschlussteller
5: Bypass
6: Wandung
7: Niederdruckturbineneinlauf

Claims

Zweistufige Abgasturboladeranordnung (1) für eine Bennkraftmaschine mit einem Abgaskrümmer (2) und mit einer in Strömungsrichtung eines Abgases in Reihe angeordneten Hochdruckturbine in einem Hochdruckturbinengehäuse und einer Niederdruckturbine in einem Niederdruckturbinengehäuse (3), wobei ein von einem Drosselelement (4) verschließbarer Bypass (5) vorgesehen ist, der den Abgaskrümmer (2) und das Niederdruckturbinengehäuse (3) in Strömungsrichtung des Abgases vor der Niederdruckturbine abgasführend miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (4) ein um einen Ventilschaft (4a) drehbewegliches Tellerventil mit einem Verschlussteller (4b) ist.
Zweistufige Abgasturboladeranordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft (4a) zwischen 40° und 50° zu einer Strömungsachse des Bypasses (5) ausgerichtet ist.
Zweistufige Abgasturboladeranordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft (4a) zwischen 40° und 50° zu einer von dem Verschlussteller (4b) aufgespannten Ebene ausgerichtet ist.
Zweistufige Abgasturboladeranordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandung (6) des Bypasses (5) flexibel ist.