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Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
der gattungsbildenden Druckschrift
DE 10 2004 034 070 A1 geht
eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader hervor, welche
einen Abgastrakt mit einer ersten Abgasleitung und einer zweiten
Abgasleitung aufweist. Der Abgasturbolader umfasst ein Frischluftführungsgehäuse, ein
Lagergehäuse
und ein Abgasführungsabschnitt,
sowie ein drehbar im Lagergehäuse
gelagertes Laufzeug, wobei ein Verdichterrad des Laufzeugs im Frischluftführungsgehäuse, ein
Turbinenrad des Laufzeugs im Abgasführungsabschnitt und eine das
Turbinenrad mit dem Verdichterrad drehfest verbindende Welle im Lagergehäuse aufgenommen
sind. Der Abgasführungsabschnitt
ist im Abgastrakt angeordnet und weist eine erste Flut und eine
zweite Flut auf, wobei die erste Abgasleitung mit der ersten Flut
und die zweite Abgasleitung mit der zweiten Flut verbunden sind.
Zur Änderung
der Anströmung
des Turbinenrades ist stromauf des Turbinenrades eine verstellbare Ventileinrichtung
vorgesehen, mit deren Hilfe Abgas von der ersten Flut in die zweite
Flut umgelenkt oder Abgas aus der ersten Flut und der zweiten Flut
am Turbinenrad vorbei abgeblasen werden kann. Der Ventileinrichtung
sind drei Kanäle
zugeordnet, welche als Verbindung mit dem Abgastrakt ausgebildet sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Brennkraftmaschine mit
einem Abgasturbolader so zu gestalten, dass bei einem Last- und/oder
Drehzahlwechsel der Brennkraftmaschine ein sprungfreier Betrieb
des Abgasturboladers gewährleistet
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
Erfindung basiert auf dem Gedanken, eine Änderung der Anströmung eines
Turbinenrades des Abgasturboladers möglichst verlustfrei abzubilden.
Mit Hilfe eines der Ventileinrichtung zugeordneten vierten Kanals
besteht die Möglichkeit,
den Abgasturbolader in vier unterschiedlichen Betriebsmodi zu betreiben,
wobei insbesondere ein verlustreduzierter Umblasebetrieb realisierbar
ist. Ein weiterer Vorteil besteht in der Möglichkeit eines Abblasebetriebs,
bei welchem einzig aus einer Flut Abgas am Turbinenrad vorbei geleitet
werden kann. Der Abblasebetrieb wird durch Abblasen von Abgas aus
der zweiten Flut erzielt. Liegen entsprechende Druckverhältnisse
am Turbinenrad an, kann zugleich Abgas aus der ersten Flut, welches
in die zweite Flut umgeblasen wird, über die zweite Flut abgeblasen
werden. Somit kann entweder nur Abgas abgeblasen werden oder es
kann ein gleichzeitiges Ablasen und Umblasen stattfinden. Das Druckverhältnis am
Turbinenrad ist über
eine Verstellung der Ventileinrichtung einstellbar. Insbesondere
bei mittleren bis hohen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine kann
somit ein hoher Druckabfall vor dem Turbinenrad vermieden werden,
welcher zu einer Leistungsreduzierung des Abgasturboladers führen kann.
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In
einer Ausgestaltung weist die Ventileinrichtung ein Ventilgehäuse auf,
in welchem eine erste Kommunikationsöffnung, eine zweite Kommunikationsöffnung,
eine dritte Kommunikationsöffnung
und eine vierte Kommunikationsöffnung
ausgebildet sind, wobei ein erster Kanal die erste Flut oder eine
erste Abgasleitung mit der ersten Kommunikationsöffnung, ein zweiter Kanal die
zweite Flut oder eine zweite Abgasleitung mit der zweiten Kommunikationsöffnung, ein
dritter Kanal die dritte Kommunikationsöffnung mit der ersten Abgasleitung
stromab des Turbinenrades und der vierte Kanal die vierte Kommunikationsöffnung mit
der zweiten Flut oder der zweiten Abgasleitung stromab der Ventileinrichtung
verbindet. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist eine Zusammenführung der
Kanäle,
welche in einem einzigen Volumen münden, so dass eine Weiterleitung
des Abgases entsprechend der Betriebsmodi zentral steuerbar ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist die Ventileinrichtung zum gezielten Öffnen und
Schließen
der Kommunikationsöffnungen
mindestens ein Sperrglied auf.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zur freien Wählbarkeit
der unterschiedlichen Betriebsmodi mindestens die erste Kommunikationsöffnung und die
zweite Kommunikationsöffnung
unabhängig
voneinander vom Sperrglied verschließbar und/oder zu öffnen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung sind zur einfachen und kompakten Gestaltung
sowie zu einfachen Verstellung der Ventileinrichtung das Ventilgehäuse in Form
eines Schiebergehäuses
und das Sperrglied in Form eines Drehschiebers ausgebildet, wobei
der Drehschieber im Schiebergehäuse
drehbar gelagert ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist das Sperrglied eine erste Aussparung
und eine zweite Aussparung auf. Mit Hilfe der beiden Aussparungen können unter
Einhaltung einer kompakten Gestaltung Strömungskanäle für die entsprechenden Betriebsmodi
bereitgestellt werden. Vorteilhafterweise kann durch einfaches Verdrehen
des Drehschiebers ein Betrieb des Abgasturboladers sowohl in einem Umblasebetrieb
oder in einem Abblasebetrieb als auch in einer Kombination der beiden
Betriebsmodi erfolgen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung sind die erste Kommunikationsöffnung und
die vierte Kommunikationsöffnung
mit Hilfe der ersten Aussparung sowie die zweite Kommunikationsöffnung und
die dritte Kommunikationsöffnung
mit Hilfe der zweiten Aussparung miteinander verbindbar, wodurch
eine verlustreduzierte Strömungsumlenkung
realisierbar ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist zur weiteren Reduzierung von Strömungsverlusten
die erste Aussparung quer zu einer Drehachse des Drehschiebers angeordnet.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist die zweite Aussparung teilweise
quer zur zweiten Drehachse und teilweise längs zur zweiten Drehachse angeordnet,
wodurch neben einer einfachen Gestaltung der Ventileinrichtung eine
kompakte Gestaltung einer Kanalführung
der Brennkraftmaschine, insbesondere für den Abblasebetrieb, möglich wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein erster Öffnungsgrad
der ersten Kommunikationsöffnung
auf 100% einstellbar, während
gleichzeitig ein zweiter Öffnungsgrad
der zweiten Kommunikationsöffnung
zwischen 0% und 100% des ersten Öffnungsgrades
veränderbar
ist, wodurch ein reiner Umblasebetrieb bei einem zweiten Öffnungsgrad
von 0% oder ein reiner Abblasebetrieb bei einem zweiten Öffnungsgrad
von 100% realisierbar ist.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
der Erfindung sind den Ansprüchen,
der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
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Dabei
zeigen:
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1 in
einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine
mit einem Abgasturbolader und mit einer in einem Abgastrakt der
Brennkraftmaschine positionierten Ventileinrichtung,
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2a in
einer perspektivischen Darstellung ein Sperrglied der Ventileinrichtung,
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2b in
einer perspektivischen Darstellung ein Abgasführungsgehäuse des Abgasturboladers mit
einem Ventilgehäuse
der Ventileinrichtung,
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3a in
einem Querschnitt ein Abgasführungsabschnitt
des Abgasturboladers und die Ventileinrichtung, in einer Positionierung
des Sperrglieds im Umblasebetrieb,
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3b in
einem Längsschnitt
eine erste Flut des Abgasführungsabschnitts
und die Ventileinrichtung gem. 3a,
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4a in
einem Querschnitt den Abgasführungsabschnitt
und die Ventileinrichtung, in einer Positionierung des Sperrglieds
im Um- und Abblasebetrieb,
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4b in
einem Längsschnitt
die erste Flut des Abgasfüh rungsabschnitts
und die Ventileinrichtung gem. 4a,
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5a in
einem Querschnitt den Abgasführungsabschnitt
und die Ventileinrichtung, in einer Positionierung des Sperrglieds
im Abblasebetrieb,
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5b in
einem Längsschnitt
die erste Flut des Abgasführungsabschnitts
und die Ventileinrichtung gem. 5a
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6 einen
Ausschnitt eines Mantels des Sperrglieds, welcher insbesondere für den Umblase- und Abblasebetrieb
beispielhafte Formen und Positionen einer ersten Kommunikationsöffnung und
einer zweiten Kommunikationsöffnung
aufweist,
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7 eine
grafische Darstellung geöffneter Flächen der
ersten und zweiten Kommunikationsöffnungen über einem Verdrehwinkel φ des Sperrglieds und
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8 in
einem Längsschnitt
das Sperrglied in einer Variante.
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In
den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bauteile mit denselben
Bezugszeichen versehen.
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Die
in 1 dargestellte Brennkraftmaschine 1,
welche als Dieselmotor oder als Ottomotor ausgeführt ist, weist einen Frischluftstrang 2 und
einen Abgastrakt 3 auf. Im Betrieb saugt die Brennkraftmaschine 1 über den
Frischluftstrang 2 Verbrennungsluft an, die nach einer
unter Zufuhr von Kraftstoff erfolgten Verbrennung in der Brennkraftmaschine 1 als Abgas über den
Abgastrakt 3 abgeführt
wird.
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Der
Frischluftstrang 2 weist eine Ladeluftleitung 4 auf,
welche an ihrem der Brennkraftmaschine 1 zugewandten Ende
mit der Brennkraftmaschine 1 verbunden ist. Stromauf der
Brennkraftmaschine 1 ist in der Ladeluftleitung 4 ein
Ladeluftkühler 5 zur
Kühlung
angesaugter Verbrennungsluft angeordnet. Ein nicht näher dargestellter
Verbrennungsluftfilter zum Reinigen der angesaugten Verbrennungsluft
ist an dem anderen Ende der Ladeluftleitung 4 angeordnet, welches
von der Brennkraftmaschine 1 abgewandt positioniert ist.
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Der
Abgastrakt 3 umfasst einen mit der Brennkraftmaschine 1 verbundenen
ersten Abgaskrümmer 6 und
einen ebenfalls mit der Brennkraftmaschine 1 verbundenen
zweiten Abgaskrümmer 7,
wobei dem ersten Abgaskrümmer 6 eine
erste Abgasleitung 8 und dem zweiten Abgaskrümmer 7 eine
zweite Abgasleitung 9 zugeordnet ist.
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An
einem von der Brennkraftmaschine 1 abgewandten Ende der
ersten Abgasleitung 8 ist zur Abgasnachbehandlung ein Abgasnachbehandlungssystem 10 angeordnet,
welches in Form eines Rußfilters
und/oder Katalysators und/oder einer SCR-Anlage ausgebildet ist.
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Die
Brennkraftmaschine 1 weist ergänzend ein Abgasrückführsystem 11 auf,
dem eine Verbindungsleitung 12 in Form einer Abgasrückführleitung von
der ersten Abgasleitung 8 abzweigend und in die Ladeluftleitung 4 stromab
des Ladeluftkühlers 5 einmündend zugeordnet
ist. In der Abgasrückführleitung 12 ist
zur Kühlung
von rückgeführtem Abgas
ein Abgaskühler 13 angeordnet.
Eine Einstellung einer rückgeführten Abgasmenge
erfolgt mit Hilfe eines Abgasrückführventils 14.
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Zur
Regelung und Steuerung vieler Funktionen ist der Brennkraftmaschine
ein Regelungs- und Steuerungssystem 15 zugeordnet. Über das
Regelungs- und Steuerungssystem 15 sind insbesondere die
Kraftstoffzufuhr und das Abgasrückführventil 14 regelbar.
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Des
Weiteren ist der Brennkraftmaschine 1 ein Abgasturbolader 16 zugeordnet,
welcher ein Gehäuse 17 aufweist,
das einen durchströmbaren
Abgasführungsabschnitt 18,
einen durchströmbaren Luftführungsabschnitt 19 und
einen Lagerabschnitt 20 umfasst, wobei der Luftführungsabschnitt 19 im Frischluftstrang 2 und
der Abgasführungsabschnitt 18 im
Abgastrakt 3 angeordnet sind. Der Lagerabschnitt 20 ist
zwischen dem Luftführungsabschnitt 19 und
dem Abgasführungsabschnitt 18 positioniert.
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Der
Abgasturbolader 16 weist zusätzlich zum Gehäuse 17 ein
Laufzeug 21 auf, welches ein Verdichterrad 22 zum
Ansaugen und Verdichten von Verbrennungsluft, ein Turbinenrad 23 zur
Expansion von Abgas und eine das Verdichterrad 22 mit dem Turbinenrad 23 drehfest
verbindende Welle 24 mit einer ersten Drehachse 25 umfasst.
Das Verdichterrad 22 ist im Luftführungsabschnitt 19,
das Turbinenrad 23 ist im Abgasführungsabschnitt 18 und
die Welle 24 ist im Lagerabschnitt 20 drehbar
gelagert.
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Im
Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird das Turbinenrad 23 als
Folge einer Beaufschlagung durch das Abgas der Brennkraftmaschine 1 in
eine Rotationsbewegung versetzt, wobei mit Hilfe der Welle 24 das
Verdichterrad 22 ebenfalls in Rotation versetzt wird, so
dass es Verbrennungsluft ansaugt und verdichtet. Die angesaugte
Verbrennungsluft wird, bevor sie in die Brennkraftmaschine 1 gelangt, im
Ladeluftkühler 5 gekühlt.
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Zur
Verbesserung des Betriebsverhaltens des Abgasturboladers 16,
insbesondere bei niedrigen Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine 1,
ist der Abgasführungsabschnitt 18 zweiflutig
ausgebildet, wobei die erste Abgasleitung 8 mit einer ersten
Flut 26 des Abgasführungsabschnitts 18 und
die zweite Abgasleitung 9 mit einer zweiten Flut 27 des Abgasführungsabschnitts 18 verbunden
ist. Die erste Flut 26 ist von der zweiten Flut 27 durch
eine gehäusefeste
Flutentrennwand 46 im Abgasführungsabschnitt 18 abgetrennt
ausgeführt,
wie in 3a dargestellt ist. Vorteilhafterweise
weisen die erste Flut 26 und die zweite Flut 27 unterschiedliche
Dimensionen auf, wobei die erste Flut 26 als Kleinere der
beiden Fluten 26, 27 ausgebildet ist. In einer
Variante weist der Abgasführungsabschnitt 18 zusätzlich eine
variable Turbinengeometrie zur weiteren Verbesserung des Betriebsverhaltens
auf. In einer weiteren Variante ist ein Axialschieber einer Turbobrake
zur Unterstützung
einer Motorbremse im Abgasführungsabschnitt 18 vorgesehen.
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Dem
Abgastrakt 3 ist stromauf des Turbinenrades 23 eine
verstellbare Ventileinrichtung 28 zugeordnet, mit deren
Hilfe ein Aufstauen von Abgas vor dem Turbinenrad 23 und/oder
eine Anströmung
des Turbinenrades 23 steuerbar ist. Der Ventileinrichtung 28 ist
als Verbindung mit der ersten Abgasleitung 8 ein erster
Kanal 29 zugeordnet, welcher stromauf des Turbinenrades 23 von
der ersten Abgasleitung 8 abzweigend ausgebildet ist. Eine
Verbindung der Ventileinrichtung 28 mit der zweiten Abgasleitung 9 ist
als ein stromauf des Turbinenrades 23 von der zweiten Abgasleitung 9 abzweigender
zweiter Kanal 30 ausgebildet. Weiterhin weist die Ventileinrichtung 28 eine Verbindung
in Form eines dritten Kanals 31 auf, welcher stromab des
Turbinenrades 23 in die erste Abgasleitung 8 einmündet. Ein
vierter Kanal 32 ist stromauf des Turbinenrades 23 als
Verbindung zwischen der zweiten Abgasleitung 9 und der
Ventileinrichtung 28 angeordnet.
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Zum
Umblasen des Abgases von der ersten Abgasleitung 8 in die
zweite Abgasleitung 9 wird mit Hilfe der Ventileinrichtung 28 das
Abgas aus dem ersten Kanal 29 in den vierten Kanal 32 umgeleitet. Zum
Abblasen von Abgas am Turbinenrad 23 vorbei, wird mit Hilfe
der Ventileinrichtung 28 das Abgas aus dem zweiten Kanal 30 in
den dritten Kanal 31 geführt.
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Die
Ventileinrichtung 28 ist im Abgastrakt 3 an unterschiedlichen
Stellen integrierbar. Eine Variante ist die Positionierung der Ventileinrichtung 28 stromauf
des Abgasführungsabschnitts 18 wie
in 1 dargestellt ist, wobei das Abgas von der ersten Abgasleitung 8 in
die zweite Abgasleitung 9 umgeblasen und/oder Abgas aus
der zweiten Abgasleitung 9 abgeblasen werden kann.
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Vorteilhafterweise
ist in einer weiteren Variante die Ventileinrichtung 28 in
den Abgasführungsabschnitt 18 integriert,
so dass stromauf des Abgasführungsabschnitts 18 Abgas
aus der ersten Flut 26 in die zweite Flut 27 umgeleitet
bzw. umgeblasen und/oder Abgas aus der zweiten Flut 27 am
Turbinenrad 23 vorbei abgeblasen werden kann. Positive Strömungseffekte,
welche aufgrund der Um- und/oder Abblasung auftreten, können aufgrund
der kurzen Strömungswege
zum Turbinenrad 23 genutzt werden.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich durch die Verbindung des zweiten Kanals 30 mit
der zweiten Flut 27. Da die Abgasrückführleitung 12 mit der
ersten Abgasleitung 8 verbunden ist, treten keine Verluste von
Abgas als Folge einer Abgasrückführung in
der zweiten Abgasleitung 9 respektive der zweiten Flut 27 auf,
so dass unabhängig
von einer Abgasrückführung eine
Abblasung erfolgen kann.
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Die
Ventileinrichtung 28 umfasst ein Sperrglied 33 und
ein Ventilgehäuse 34,
s. 2a und 2b. Das
Sperrglied 33 ist als Drehschieber 33 ausgebildet,
welcher die Form eines Zylinders aufweist, und ist mit Hilfe eines
Drehhebels 35 um eine zweite Drehachse 36 verdrehbar.
Im Drehschieber 33 sind eine erste durchströmbare Aussparung 37 sowie
eine zweite durchströmbare
Aussparung 38 vorgesehen. Die erste Aussparung 37 ist
quer zur zweiten Drehachse 36 ausgebildet und ist nahe
dem Drehhebel 35 im Zylinder 33 positioniert.
Die zweite Aussparung 38 ist an einem vom Drehhebel 35 abgewandten
Ende des Zylinders 33 positioniert und ist als Hohlraum 38 im
Zylinder 33 ausgebildet. Eine Einströmung des Abgases in den Hohlraum 38 erfolgt über eine
im Zylindermantel 39 ausgebildete Eintrittsöffnung 40.
Ein Vorteil einer geteilten Ausführung der
ersten Aussparung 37 und der zweiten Aussparung 38 ist
darin zu sehen, dass jede der beiden Aussparungen 37, 38 ihren
Anforderungen entsprechend gestaltbar ist. Ein Strömungsquerschnitt
der ersten Aussparung 37 und der zweiten Aussparung 38 kann vorteilhafterweise
zur Reduzierung von Strömungsverlusten
eine kreisförmige,
eine ovale oder eine elliptische Form aufweisen. Eine Änderung
des Strömungsquerschnitts über eine
Gesamtlänge
der ersten Aussparung 37 beziehungsweise der zweiten Aussparung 38 ist
ebenfalls möglich.
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Der
Drehschieber 33 weist zur verlustarmen Strömungsführung eine
erste nutförmige
Aufnahmeaussparung 47 und eine zweite Aufnahmeaussparung 48 zur
Positionierung von Dichtelementen auf, welche z.B. in Form von Dichtringen
ausgestaltet sind.
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Das
Ventilgehäuse 34 ist
als Schiebergehäuse 34 ausgebildet
und weist eine korrespondierend zum Drehschieber 33 zylindrisch
ausgestaltete dritte Aussparung 41 mit einer Aufnahmeöffnung 42 auf, wobei
die dritte Aussparung 41 den Drehschieber 33 drehbar
aufnehmend ausgeführt
ist.
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Im
Schiebergehäuse 34 ist
eine erste Kommunikationsöffnung 43 ausgebildet,
welche als Verbindung zwischen einem dem Drehschieber 33 zugewandten
Ende des ersten Kanals 29 und der dritten Aussparung 41 ausgebildet
ist. Eine zweite Kommunikationsöffnung 44 im
Schiebergehäuse 34 ist
neben der ersten Kommunikationsöffnung 43 angeordnet
und ist als Verbindung zwischen einem dem Drehschieber 33 zugewandten
Ende des zweiten Kanals 30 und der dritten Aussparung 41 ausgebildet. Die
Aufnahmeöffnung 42 ist
als dritte Kommunikationsöffnung
ausgebildet, welche einer Verbindung zwischen einem dem Drehschieber 33 zugewandten Ende
des dritten Kanals 31 und der dritten Aussparung 41 dient.
Zur Umblasung von Abgas ist im Schiebergehäuse 34 eine vierte
Kommunikationsöffnung 45 angeordnet,
welche als Verbindung zwischen einem dem Drehschieber 33 zugewandten Ende
des vierten Kanals 32 und der dritten Aussparung 41 ausgebildet
ist. Die vierte Kommunikationsöffnung 45 ist
der ersten Kommunikationsöffnung 43 gegenüberliegend
angeordnet, so dass Strömungsverluste,
welche als Folge einer Umlenkung einer Strömung auftreten, klein gehalten
werden können.
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Die
Ventileinrichtung 28 ist für vier Betriebsmodi einstellbar.
In einem ersten Betriebsmodus, dem Normalbetrieb des Abgasturboladers 16,
sind die erste Kommunikationsöffnung 43 und
die zweite Kommunikationsöffnung 44 vom
Drehschieber 33 verschlossen, so dass das Abgas über die
erste Flut 26 und die zweite Flut 27 direkt auf
das Turbinenrad 23 strömen
kann.
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In
einem zweiten Betriebsmodus, dem Umblasen, wird das Turbinenrad 23 von
Abgas überwiegend
aus der zweiten Flut 27 beaufschlagt, wobei stromauf des
Turbinenrades 23 ein Teil des Abgases von der ersten Flut 26 in
die zweite Flut 27 umgeleitet wird. Die 3a und 3b zeigen
eine Positionierung des Drehschiebers 33 in diesem Betriebsmodus,
wobei die erste Kommunikationsöffnung 43 und die
vierte Kommunikationsöffnung 45 mit
Hilfe der ersten Aussparung 37 geöffnet sind, und Abgas aus dem
ersten Kanal 29 über
die erste Aussparung 37 in den vierten Kanal 32 strömen kann.
Entsprechend eines Verdrehwinkels φ des Drehschiebers 33 sind
die erste Kommunikationsöffnung 43 und
die vierte Kommunikationsöffnung 45 teilweise
und/oder vollständig geöffnet.
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In
einem dritten Betriebsmodus, dem gleichzeitigen Um- und Abblasen,
strömt
das Abgas aus der ersten Flut 26 in die zweite Flut 27,
während gleichzeitig
Abgas aus der zweiten Flut 27 am Turbinenrad 23 vorbei
geleitet wird. Die Position des Drehschiebers 33 ist dabei,
wie in den 4a und 4b dargestellt,
so eingestellt, dass die erste Kommunikationsöffnung 43 und die
vierte Kommunikationsöffnung 45 mit
Hilfe der ersten Aussparung 37 geöffnet sind, so dass Abgas von
der ersten Flut 26 stromab der Ventileinrichtung 28 in
die zweite Flut 27 strömen kann.
Gleichzeitig ist die Eintrittsöffnung 40 mit
der zweiten Kommunikationsöffnung 44 in
teilweiser oder vollständiger Überdeckung
gebracht, so dass Abgas aus dem zweiten Kanal 30 über die
zweite Aussparung 38 in den dritten Kanal 31 strömen kann.
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In
einem vierten Betriebsmodus, dem Abblasen, strömt Abgas von der zweiten Flut 27 am
Turbinenrad 23 vorbei in die erste Abgasleitung 8,
während
das Turbinenrad 23 von Abgas überwiegend aus der ersten Flut 26 beaufschlagt
wird. Wie in den 5a und 5b dargestellt,
ist dabei der Drehschieber 33 so positioniert, dass die
erste Kommunikationsöffnung 43 vom
Drehschieber 33 verschlossen ist, während die zweite Kommunikationsöffnung 44 vollständig oder
teilweise mit der Eintrittsöffnung 40 in Überdeckung
gebracht ist.
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Je
nach Positionierung des Drehschiebers 33 in den einzelnen
Betriebsmodi sind die Kommunikationsöffnungen 43, 44,
und 45 mehr oder weniger weit mit Hilfe des Drehschiebers 33 geöffnet, wodurch
eine feine Regulierung des Übergangs
von einem Betriebsmodus in den anderen ermöglicht wird. Dadurch ist ein
sprungfreier Betrieb des Abgasturboladers 16, welcher sich
durch einen sprunghaften Abfall oder durch einen sprunghaften Anstieg
einer Drehzahl des Abgasturboladers 16 äußert, beim Wechsel der Beaufschlagung
des Turbinenrades 23 mit Abgas in Abhängigkeit von Lasten und Drehzahlen
der Brennkraftmaschine 1 realisierbar.
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In
der 6 sind für
den dritten Betriebsmodus, das gleichzeitige Um- und Abblasen, verschiedene
Formen und Positionierungen der ersten Aussparung 37 und
der Eintrittsöffnung 40 in Überdeckung
mit der ersten Kommunikationsöffnungen 43 und
der zweiten Kommunikationsöffnung 44 dargestellt.
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Eine
erste Positionierung und Form der ersten Aussparung 37 und
der Eintrittsöffnung 40 ist durchgezogen
liniert abgebildet. Die erste Kommunikationsöffnung 43 ist mit
Hilfe der ersten Aussparung 37 vollständig geöffnet, so dass das Abgas aus
der ersten Flut 26 vollständig in die zweite Flut 27 umgeleitet
wird. Die erste Kommunikationsöffnung 43 weist
in dieser Positionierung des Drehschiebers 33 einen ersten Öffnungsgrad
von 100% auf. Gleichzeitig ist eine geringe Überdeckung der Eintrittsöffnung 40 und
der zweiten Kommunika tionsöffnung 44 eingestellt,
wobei die zweite Kommunikationsöffnung 44 vorteilhafterweise
einen zweiten Öffnungsgrad
von ca. 10% des ersten Öffnungsgrades
aufweist.
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Wird
der Drehschieber 33 ausgehend von einem Drehwinkel φ1 in Richtung
des Verdrehwinkels φ verdreht,
so bleibt der erste Öffnungsgrad
bis zu einem Drehwinkel φ2
weiterhin konstant 100%, während
der zweite Öffnungsgrad
bis ca. 60% ansteigt. Damit kann bei gleichzeitiger vollständiger Umblasung
von Abgas eine Abblasung des Abgases von ca. 60% erzielt werden.
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Einen
100%-igen ersten Öffnungsgrad
bei einem gleichzeitig 100%-igen zweiten Öffnungsgrad kann mit Hilfe
der gestrichelt eingezeichneten Form der ersten Aussparung 37 oder
mit der gestrichelt eingezeichneten Positionierung der Eintrittsöffnung 40 erreicht
werden. Mit einer derartigen Form bzw. Positionierung ist bei gleichzeitiger
vollständiger
Umblasung von Abgas eine nahezu vollständige Abblasung des Abgases
von 100% erzielbar.
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Eine
grafische Darstellung geöffneter
Flächen
der ersten Kommunikationsöffnung 43 und
der zweiten Kommunikationsöffnung 44 in
Abhängigkeit des
Verdrehwinkels φ ist
in der 7 abgebildet. Eine Positionsänderung der Eintrittsöffnung 40 vom Drehwinkel φ1 auf den
Drehwinkel φ1' ergibt einen ca.
40%-igen zweiten Öffnungsgrad
bei gerade erreichtem 100%-igen ersten Öffnungsgrad. Strichpunktiert
ist eine Summe der geöffneten
Flächen
dargestellt.
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Die 8 zeigt
eine Variante des Drehschiebers 33, wobei die erste Aussparung 37 in
modifizierter Form ausgestaltet ist. Abhängig vom zur Verfügung stehenden
Bauraum zur Unterbringung der Ventileinrichtung 28 kann
diese Variante bevorzugt eingesetzt werden. Eine Umblasung kann
somit mit Hilfe einer Kanalführung
realisiert werden, welche außerhalb
der Ventileinrichtung 28 vorgesehen ist, wie in den 2a bis 5b dargestellt,
oder mit Hilfe einer Kanalführung
innerhalb der Ventileinrichtung 28, wie in den 1 und 8 dargestellt
ist.