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Die
Erfindung betrifft einen Turbolader bzw. Abgasturbolader, wobei
der Turbolader beispielsweise bei PKW-Motoren oder LKW-Motoren eingesetzt werden
kann, und ein Verfahren zur Regelung des Ladedrucks des Turboladers.
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Bei
herkömmlichen
Turboladern wird der Ladedruck, wenn notwendig, dadurch begrenzt,
dass mit deinem Abblasventil, d. h. einem Bypass bzw. einem Waste-Gate
das heiße
Abgas zum Teil an der Turbine vorbeigeführt und damit die Leistung
der Turbine reduziert wird. Dafür
wird die Turbine klein ausgelegt, so dass sie schon weit unterhalb
des Nennarbeitspunktes des Motors gut arbeitet. Im Nennarbeitspunkt
führt das Öffnen des
Abblasventils unmittelbar zu einem Leistungsverlust der Turbine
und schließlich
zum Druckabfall. Daher wird beispielsweise eine Druckdose vorgesehen,
die direkt von dem Ladedruck beaufschlagt wird und durch ein zwischengeschaltetes
Regelventil (Taktventil) von einem elektronischen Steuergerät eingestellt
wird. Dadurch kann der Ladedruck auf einen vorgegebenen Sollwert
geregelt werden.
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Eine
energetisch günstigere
Regelung ermöglicht
die so genannte variable Turbinengeometrie (VTG), mit der das Aufstauverhalten
der Turbine kontinuierlich verändert
und damit jeweils die gesamte Abgasenergie genutzt werden kann.
Bei der variablen Turbinengeometrie wird der effektive Strömungsquerschnitt
der Turbine variiert, so dass für
jeden Betriebspunkt die optimale Einströmung erzielt werden kann. Dabei
werden bewegliche Leitschaufeln verwendet, die zwischen dem Turbinenrad
und dem Spiralgehäuse
angeordnet werden, genauer gesagt um das Turbinenrad herum.
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Während der
Fahrzeugbeschleunigung aus niedrigen Motordrehzahlen werden die
Leitschaufeln bewegt, um die notwendige E nergie aus dem Abgas zu
gewinnen. Dabei wird der Querschnitt des Abgasstromes von dem Turbinenrad
durch die Leitschaufeln verändert
und, je nach System, auch der Einströmwinkel. Dadurch wird die Abgasenergie
im Turbinenrad besser ausgenutzt und in der Folge auf der Verdichterseite
ein höherer
Ladedruck erzeugt.
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Mit
zunehmender Motordrehzahl wird die Stellung der Leitschaufeln an
den jeweiligen Betriebspunkt angepasst. Dabei wird der Strömungsquerschnitt
und/oder der Einströmwinkel
der Turbine verändert,
um die der Turbine zugeführte
Energie zu steuern und den benötigten
Ladedruck. Der gewünschte
Ladedruck wird dabei mit einem günstigeren
Turbinendruckverhältnis
erreicht, der Verbrauch des Motors wird möglicherweise verringert. In
einer voll geöffneten
Position der Leitschaufeln erschließt sich der maximale Durchsatz
der Turbine bei hohem zentripetalem Anteil des Geschwindigkeitsvektors der
Strömung.
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Zur
Ansteuerung der Leitschaufeln werden beispielsweise Hebel verwendet,
die über
einen im Turbinengehäuse
untergebrachten Verstellring angesteuert werden. Dieser wiederum
kann über
verschiedene pneumatische oder elektrische Steller angetrieben werden,
beispielsweise mittels Unterdruckdosen und Taktventilen.
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Der
Vorteil der variablen Turbinengeometrie gegenüber dem Turbolader mit Bypass
besteht darin, dass der Turbinenwirkungsgrad über einen weiten Durchsatzbereich
verbessert ist, da immer der volle Abgasstrom über die Turbine geleitet und
zur Leistungsumsetzung genutzt werden kann. Dabei kann der Turbinenquerschnitt
durch die beweglichen Leitschaufeln variiert werden, gemäß einem
vorbestimmten Betriebspunkt.
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Die
Regelung des Ladedrucks mittels der beweglichen Leitschaufeln bei
der variablen Turbinengeometrie hat jedoch den Nachteil, dass sie
sehr aufwendig und teuer in der Herstellung ist. Die technische
Komplexität
und die damit verbunde nen sehr hohen zusätzlichen Kosten resultieren
darin, dass ein Einsatz von solchen Turboladern beispielsweise für die meisten
Pkws mit Ottomotoren bisher nicht ökonomisch ist.
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Demnach
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasturbolader
zu schaffen, mit einem vereinfachten Aufbau zum Regeln des Ladedrucks.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es ein effizientes Verfahren
zum Regeln des Ladedrucks bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Turbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst und
ein Verfahren gemäß Patentanspruch
15.
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Dem
gemäß wird ein
Turbolader bereitgestellt mit einer Turbine, die in einem Turbinengehäuse angeordnet
ist, mit:
- – Feststehenden
Leitschaufeln, die um den Umfang des Turbinenrads der Turbine angeordnet sind;
- – einer
Einrichtung zum Bereitstellen eines unter Druck stehenden gasförmigen Mediums,
wobei der Druck des gasförmigen
Mediums über
wenigstens eine Druckregeleinrichtung variierbar ist,
- – Zuleitungen
die derart in dem Turbinengehäuse und/oder
den Leitschaufeln angeordnet sind, dass das gasförmige Medium mit einem vorbestimmten Druck über die
Zuleitungen in jeweilige Zwischenräume zwischen den Leitschaufeln
eingeleitet werden kann, um einen Ladedruck zu regeln.
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Außerdem wird
ein Verfahren zum Regeln des Ladedrucks eines Turboladers bereitgestellt,
mit den Schritten:
- – Anordnen von feststehenden
Leitschaufeln (20) innerhalb eines Turbinengehäuses (17),
um den Umfang des Turbinenrads einer Turbine (14),
- – Einleiten
von einem unter Druck stehenden gasförmigen Medium über Zuleitungen
in dem Turbinengehäuse
und/oder den Leitschaufeln (20) in die Zwischenräume (23)
der Leitschaufeln (20),
- – wobei
der Druck des gasförmigen
Mediums in Abhängigkeit
von einem gewünschten
Ladedruck eingestellt wird.
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Durch
das Einleiten bzw. Einspritzen eines gasförmigen Mediums in die Zwischenräume zwischen
den Leitschaufeln kann der effektive Strömungsquerschnitt der Turbine
vergrößert oder
verkleinert werden und dadurch der Ladedruck geregelt werden, wobei
die Leitschaufeln dabei feststehend ausgebildet werden können. Dies
hat den Vorteil, dass auf bewegliche Leitschaufeln, wie sie bei
dem aus dem Stand der Technik bekannten variablen Turbinengehäusen VTG
verwendet werden, verzichtet werden kann und dadurch ganz erheblich
Kosten eingespart werden können,
so dass ein Einsatz des erfindungsgemäßen Turboladers nun insbesondere auch
aus ökonomischer
Sicht für
PKWs mit Ottomotor geeignet ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zuleitungen zumindest vorzugsweise
im Wesentlichen über
den gesamten Umfang des Turbinengehäuses angeordnet oder zumindest
in einem Abschnitt davon. Dies hat den Vorteil, das über einen großen Bereich
das unter Druck stehende gasförmige
Medium in die Zwischenräume
eingeleitet werden kann und dadurch der effektive Strömungsquerschnitt
der Turbine leicht variiert werden kann.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zuleitungen
vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der Strömungsrichtung
des Abgases angeordnet und/oder in einem anderen geeigneten Winkel,
um das gasförmige
Medium in den Zwischenraum zwischen den Leitschaufeln einzuleiten.
Der Anströmwinkel
der Zuleitungen ist so gewählt,
dass der Ladedruck geeignet geregelt werden kann. Die Zuleitungen
müssen
dabei nicht alle in der selben Richtung ausgerichtet sein, sondern
können
auch unterschiedliche Orientierungen und Positionen aufweisen, sofern
der effektive Strömungsquerschnitt der
Turbine geeignet variiert werden kann und der Ladedruck an einen
vorbestimmten Betriebspunkt angepasst werden kann.
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In
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
sind die Zuleitungen in Form von Röhrchen ausgebildet, um dadurch
beispielsweise das gasförmige Medium
besonders gezielt in die Zwischenräume der Leitschaufeln einzuleiten.
Der Durchmesser der Röhrchen
ist dabei beispielsweise so angepasst, dass alle denselben Durchfluss über den
Durchmesser und die Länge
aufweisen. Grundsätzlich
ist aber denkbar, dass die Röhrchen
auch einen unterschiedlichen Durchfluss aufweisen können, je
nach Funktion und Einsatzzweck der Röhrchen bei der Regelung des
Ladedrucks bzw. abhängig
beispielsweise von deren Position und Anströmwinkel. Dabei können beispielsweise
zwei oder mehr Gruppen von Röhrchen
gebildet werden. Grundsätzlich
müssen
die Röhren
nicht dieselbe Länge
und den selben Durchmesser aufweisen, sondern können hier unterschiedliche
Abmessungen aufweisen, je nach Funktion und Einsatzzweck.
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Die
Röhrchen
können
dabei in einer Wand des Turbinegehäuses und/oder den Leitschaufeln angeordnet
sein. Dabei können
die Röhrchen
als separate Teile ausgebildet sein, die in entsprechenden Öffnungen
des Turbinengehäuses
bzw. der Leitschaufeln eingeführt
sind. Wahlweise können
die Röhrchen
auch an das Turbinengehäuse
bzw. die Leitschaufeln angeformt sein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden statt der Röhrchen Öffnungen
bzw. Kanäle als
Zuleitungen vorgesehen, indem beispielsweise Bohrungen in dem Turbinengehäuse und/oder
den Leitschaufeln angebracht werden. Dies hat den Vorteil, dass
solche Bohrungen einfach herzustellen sind.
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In
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung werden die Zuleitungen über wenigstens
eine Zuführleitung
mit der Einrichtung zum Bereitstellen des gasförmigen Mediums verbunden sind.
Diese Zuführleitung
kann dabei als separate Leitung beispielsweise an dem Turbinengehäuse befestigt
werden oder das Turbinengehäuse
mit einer solchen Zuführleitung ausgebildet
werden. Entsprechendes gilt für
die Zuleitungen in den Leitschaufeln. Dadurch können die Vielzahl von Zuleitungen
sehr einfach mit dem benötigten
gasförmigen
Medium versorgt werden. Grundsätzlich
kann aber auch mehr als eine Zuführleitung vorgesehen
werden, je nachdem wo der wie beispielsweise die einzelnen Zuleitungen
angeordnet sind.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Einrichtung zum
Bereitstellen des gasförmigen Mediums
wenigstens ein Druckbehälter
und/oder eine Druckpumpe. Alternativ kann das gasförmige Medium,
beispielsweise Druckluft, auch über
den Verdichter bereitgestellt werden. Beide Alternativen stellen
eine einfache Möglichkeit
dar, um das gasförmige
Medium bereitzustellen.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
wird der Druck des gasförmigen
Mediums beispielsweise über
ein Druckregelventil eingestellt. Dies hat den Vorteil, dass der
Druck dadurch sehr einfach und kostengünstig für die Zuleitungen geregelt
werden kann.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die Leitschaufeln vorzugsweise derart um das Turbinenrad angeordnet,
dass die Leitschaufeln jeweils einen Zwischenraum bilden, der für hohe Durchsätze geeignet
ist. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise bei entsprechend
hohen Drehzahlen, die feststehenden Leitschaufeln einen optimalen Strömungsquerschnitt
der Turbine bilden, so dass kein oder im Wesentlichen kein gasförmiges Medium zugeführt werden
muss, um den effektiven Strömungsquerschnitt
zu regulieren.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren
der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein
schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasturboladers;
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2 ein
Ausschnitt des Abgasturboladers gemäß der zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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3 ein
Ausschnitt eines Abgasturboladers gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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In
allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern
nichts anderes angegeben ist – mit
denselben Bezugszeichen versehen worden.
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In 1 ist
eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers
gezeigt. Die Darstellung in 1 dient
der Erläuterung
des Prinzips der Erfindung und ist dabei stark vereinfacht und nicht
maßstäblich.
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Der
erfindungsgemäße Abgasturbolader weist
beispielsweise eine radiale Turbine 10 und einen Verdichter
(nicht dargestellt) auf. Im Verdichter ist ein Verdichterrad drehbar
angeordnet und mit einer Turbowelle 12 verbunden. Die Turbowelle 12 ist ebenfalls
drehbar angeordnet und an ihrem anderen Ende mit einem Turbinenrad 14 verbunden.
Heißes Abgas 18 wird
dabei von einer Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) über einen
Turbineneinlass 16 an dem Turbinengehäuse bzw. Spiralgehäuse (Volute) 17 in
die Turbine 10 eingeführt,
wobei das Turbinenrad 14 in Drehung versetzt wird. Der
Abgasstrom 18 verlässt
die Turbine 10 durch einen Turbinenauslass. Über die
Turbowelle 12 ist das Turbinenrad 14 mit dem Verdichterrad
verbunden und treibt damit den Verdichter an. In den Verdichter
wird Luft durch einen Lufteinlass eingesaugt und verdichtet und über den
Luftauslass der Verbrennungskraftmaschine zugeführt.
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Im
Gegensatz zu der mit Bezug auf den Stand der Technik beschriebenen
variablen Turbinengeometrie VTG, bei der die Leitschaufeln beweglich
ausgebildet sind, werden gemäß der Erfindung um
das Turbinenrad 14 feststehende bzw. starre Leitschaufeln 20 angeordnet.
Die Leitschaufeln 20 können
dabei derart angeordnet werden, dass ein Strömungsquerschnitt jeweils zwischen
den Leitschaufeln 20 gebildet wird, der vor zugsweise für hohe Motordrehzahlen
geeignet ist. Besonders bevorzugten können die Leitschaufeln 20 derart
angeordnet werden, dass ein maximaler Strömungsquerschnitt zwischen den
Leitschaufeln 20 erzielt wird, der auf den Abgasstrom 18 abgestimmt
ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung
der Leitschaufeln 20 beschränkt, sondern die Anordnung kann
beliebig variiert werden, je nach Funktion und Einsatzzweck, wobei
die Leitschaufeln 20 dabei auch in Bereichen um das Turbinenrad 114 Zwischenräume 23 mit
unterschiedlichen Strömungsquerschnitten
bilden können,
abhängig
von der Funktion und dem Einsatzzweck.
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Um
das Aufstauverhalten der Turbine 10 bzw. den effektiven
Strömungsquerschnitt
der Turbine 10 zu verändern
und dabei im Wesentlichen die gesamte Abgasenergie zu nutzen, wird
gemäß der ersten
erfindungsgemäßen Ausführungsform
eine Fluid-Kontraktion
bzw. Verengung erzeugt, indem ein gasförmiges Medium 24,
wie beispielsweise Druckluft, jeweils in den Zwischenraum 23 bzw.
Strömungsquerschnitt
zwischen den Leitschaufeln 20 eingeleitet bzw. eingespritzt
wird.
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Der
erfindungsgemäß Turbolader
mit radialer Turbine 10 weist hierzu zumindest an wenigstens einem
Abschnitt seines Umfangs Zuleitungen 26 in Form von Röhrchen 28 auf, über die
die Druckluft zwischen die Leitschaufeln 20 eingeleitet
bzw. eingeströmt
wird. Die Röhrchen 28 sind
dabei vorzugsweise derart an dem Umfang angeordnet, dass dabei wenigstens
ein Röhrchen 28 einem
Zwischenraum 23 von zwei Leitschaufeln 20 zugeordnet
ist, um die Druckluft in diesen Zwischenraum 23 einzuleiten,
wie in 1 gezeigt ist. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar,
mehr als ein Röhrchen 28 einem
Zwischenraum 23 zuzuordnen. So könnten beispielsweise auch zwei
Röhrchen 28 einem
Zwischenraum 23 zugeordnet sein, die aus demselben oder
einem anderen Winkel und/oder Position Druckluft in den Zwischenraum 23 einleiten,
um auf diese Weise den effektiven Strömungsquerschnitt zu variieren.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Röhrchen 28 im
Wesentlichen vollständig
umlaufend am Turbinengehäuse 17 bzw.
einer Seitenwand angeordnet. Die Druckluft wird dabei vorzugsweise senkrecht
zu der Strömungsrichtung
des Abgases 18 eingeleitet.
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Wie
in 1 gezeigt ist können in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform
die Röhrchen 28 dabei,
beispielsweise in radialer Richtung zu dem Turbinenrad 14 angeordnet
sein, um die Druckluft in die Zwischenräume 23 der Leitschaufeln 20 einzuleiten.
Die Röhrchen 28 sind
dabei vorzugsweise aus einem hitzebeständigen Material vergleichbar
beispielsweise dem Turbinenrad 14, den Leitschaufeln 20 oder
dem Turbinengehäuse 17.
Die Röhrchen 28 können dabei
auch an dem Turbinengehäuse 17 angeformt
sein oder jeweils ein separates Teil bilden.
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Grundsätzlich können die
Röhrchen 28 aber auch
in jedem anderen Winkel zu der Strömungsrichtung des Abgases 18 angeordnet
sein, wie anhand des gestrichelt eingezeichneten Röhrchens 28 in 1 gezeigt
ist. Die Röhrchen 28 sind
vorzugsweise so angeordnet, dass durch sie die Druckluft geeignet
in die Zwischenräume 23 der
Leitschaufeln 20 eingeführt
werden kann, um den effektiven Strömungsquerschnitt zu variieren.
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Wie
in 1 weiter gezeigt ist, sind die Röhrchen 28 beispielsweise
mit einer Druckluft-Zuführleitung 30 verbunden.
Die Druckluft-Zuführleitung 30 kann
dabei mit Druckluft beispielsweise über einen Druckluftbehälter gespeister
werden und/oder mit Luft von der Verdichterseite oder über eine
andere geeignete Quelle gespeist werden. Die zuvor genannten Quellen
zum Bereitstellen von Druckluft sind lediglich beispielhaft und
ihre Aufzählung
ist nicht abschließend.
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Der
effektive Strömungsquerschnitt
zwischen den Leitschaufeln 20 kann wie folgt variiert werden,
d. h. vergrößert oder
verkleinert werden.
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Dies
geschieht einerseits durch die Regelung des Drucks mit der die Druckluft
in den jeweiligen Zwischenraum 23 der Leitschaufeln 20 eingeführt wird
und andererseits in Abhängigkeit
von der Position der Röhrchen 28 und
dem Winkel (bezüglich der
Strömungsrichtung
des Abgases 18) unter dem die Druckluft in die Zwischenräume 23 eingeleitet wird.
Hierdurch kann entsprechend die Anströmgeschwindigkeit und der Anströmwinkel
am Turbinenradeintritt verändert
werden bzw. der effektive Strömungsquerschnitt
variiert werden, um an einen gewünschten
Betriebspunkt angepasst zu werden.
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Zum
Regeln des Drucks der Druckluft kann dabei beispielsweise wenigstens
ein Druckluftventil (nicht dargestellt) verwendet werden.
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Während der
Fahrzeugbeschleunigung aus niedrigen Drehzahlen kann dabei Druckluft
beispielsweise unter einem entsprechenden Druck über die Röhrchen 28 in die Zwischenräume 23 der
Leitschaufeln 20 eingeleitet werden, um den Ladedruck zu
erhöhen
und an einen gewünschten
Betriebspunkt anzupassen. Der Druck der Druckluft wird dabei derart gewählt, dass
eine ausreichende Verengung des effektiven Strömungsquerschnitts des Zwischenraums 23 bzw.
eine Kontraktion des Abgases 18 erzielt wird, um an den
jeweiligen gewünschten
Betriebspunkt angepasst zu werden.
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Mit
zunehmender Drehzahl kann der Druck der Druckluft entsprechend reduziert
werden. Dabei kann beispielsweise wenig oder im Wesentlichen keine
Druckluft in die Zwischenräume 23 der
Leitschaufeln 20 eingeführt
werden, wenn eine entsprechend hohe Motordrehzahl erreicht wird
und der Ladedruck nicht weiter steigen soll. Der gewünschte Ladedruck wird
hierbei dann mit Hilfe des jeweiligen Strömungsquerschnitts gewährleistet,
der durch die entsprechend angeordneten starren Leitschaufeln 20 gebildet
wird.
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Hierdurch
kann der Ladedruck leicht variiert werden, ähnlich wie bei den beweglichen
Leitschaufeln des variablen Turbinen gehäuse VTG gemäß dem Stand der Technik. Der
große
Vorteil der Erfindung ist es jedoch, dass auf den sehr komplizierten und
teuren Mechanismus zum Bewegen der Leitschaufeln verzichtet werden
kann.
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In
dem Ausschnitt in 2 ist eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform
des Turboladers gezeigt. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich
dabei von der ersten Ausführungsform
im Wesentlichen dadurch, dass in der zweiten Ausführungsform
keine Röhrchen 28 verwendet
werden, sondern die Druckluft einfach über entsprechend angeordnete
Bohrungen 32, die Öffnungen
bzw. Kanäle 22 in
der Seitenwand der radialen Turbine 14 bilden, in die Zwischenräume 23 der
Leitschaufeln 20 eingeleitet wird. Ansonsten sind die Ausführungen
zu der ersten Ausführungsform
entsprechend auf die zweite Ausführungsform
anzuwenden.
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In 2 ist
schematisch mit Pfeilen das einströmende Abgas 18 dargestellt
und entsprechend die Druckluft, die über die Bohrungen 32 in
die Zwischenräume 23 der
Leitschaufeln 20 eingeleitet wird. Die Darstellung in der 2 ist
dabei ebenfalls stark vereinfacht und nicht maßstäblich. So können die Bohrungen 32 auch
an einer anderen geeigneten Stelle in einer Seitenwand des Turbinengehäuses 17 angeordnet
werden, vorausgesetzt, der Strömungsquerschnitt
des jeweiligen Zwischenraums 23 kann geeignet variiert
werden, um einen Ladedruck an einen gewünschten Betriebspunkte anzupassen.
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Die
Zuführleitung 30 zum
Zuführen
der Druckluft kann dabei wie in 1 gezeigt
ist als separate Zuführleitung 30 an
dem Turbinengehäuse 17 befestigt
werden und Druckluft über
die Röhrchen 28 in
der Wand des Turbinengehäuses 17 eingeleitet werden.
Gemäß der Darstellung
in 2 ist aber auch denkbar, dass die Zuführleitung 30 an
dem Turbinengehäuse 17 ausgeformt
wird.
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In 3 ist
eine dritte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Turboladers
dargestellt. Die dritte Ausführungsform
un terscheidet sich dabei von der ersten und zweiten Ausführungsform
im Wesentlichen dadurch, dass die Zuleitungen 26 über die
die Druckluft in die jeweiligen Zwischenräume 23 der Leitschaufeln 20 eingeleitet
wird, in den Leitschaufeln 20 selbst angeordnet sind. Ansonsten
gelten die Ausführungen
zu der ersten und zweiten Ausführungsform
entsprechend auch für
die dritte Ausführungsform.
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Die
Darstellung insbesondere der Leitschaufeln 20 und der Öffnungen 22 sind
dabei in 3 ebenfalls stark vereinfacht
und nicht maßstäblich dargestellt.
Die Darstellung dient lediglich dazu das erfindungsgemäße Prinzip
zu erläutern.
Die Leitschaufeln 20 sind hohlgebohrt bzw. weisen jeweils wenigstens
eine Öffnung
bzw. einen Kanal 22 auf und werden über eine Druckluftquelle (nicht
dargestellt) mit Druckluft versorgt, wobei die Druckluft über wenigstens
ein Druckregelventil (nicht dargestellt) gesteuert wird. Die Druckluft
kann wie in der ersten und zweiten Ausführungsform über einen Druckbehälter, eine
Druckpumpe und/oder über
die Verdichterseite bezogen werden oder über eine andere geeignete Druckluftquelle.
Die hohlgebohrten Leitschaufeln 20 sind dabei mit der Druckluftquelle über wenigstens
eine Druckluft-Zuführleitung
(nicht dargestellt) verbunden.
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Der
Austritt der Öffnungen 22 für die Druckluft
in den Leitschaufeln 20 ist so gewählt, dass die Druckluft in
den Zwischenraum 23 zwischen den Leiterschaufeln 20 geeignet
eingeleitet werden kann, um den effektiven Strömungsquerschnitt der Turbine 10 zu
variieren, um einen vorbestimmten Ladedruck zu erzielen. Grundsätzlich können auch
mehr als eine Öffnung 22 in
der Leiterschaufel 20 angeordnet sein, wobei die Öffnungen 22 auf
einer Seite, wie in 3 gezeigt ist, oder auf beiden
Seiten der Leiterschaufel 20 (nicht dargestellt) angeordnet
sein können.
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Die
Erfindung, wie beispielhaft anhand der zuvor beschriebenen Ausführungsformen
beschrieben hat den Vorteil, dass im Wesentlichen der gesamte Abgasstrom 18 verwendet
werden kann.
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Des
Weiteren ermöglicht
die Einleitung von einem unter Druck stehenden gasförmigen Medium, wie
Druckluft, dessen Druck variiert werden kann, dass der effektive
Strömungsquerschnitt
zwischen den Leitschaufeln 20 sehr einfach variiert werden kann,
wobei die Leitschaufeln 20 starr ausgebildet werden können und
nicht wie bei dem Variablen Turbinengehäuse VTG gemäß dem Stand der Technik über einen
komplizierten, aufwendigen und teueren Mechanismus beweglich gestaltet
werden müssen.
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Aufgrund
der deutlich niedrigeren Herstellungskosten des erfindungemäßen Turboladers,
eignet sich dieser insbesondere auch unter ökonomischen Aspekten für Personenwagen.
Gleichzeitig erzielt der erfindungsgemäße Turbolader dieselben Vorteile
wie die bisherigen Turbolader mit variablem Turbinengehäuse VTG,
da der gesamte Abgasstrom verwendet werden kann und über einen
großen Drehzahlbereich
ein geeigneter Ladedruck bereitgestellt werden kann.
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Grundsätzlich ist
auch eine Kombination der ersten, zweiten und/oder dritten Ausführungsform der
Erfindung denkbar, bei dem als Zuleitungen 26 sowohl Öffnungen
bzw. Kanäle 22 oder
Röhrchen 28 im
Umfang bzw. der Seitenwand des Turbinengehäuses 17 vorgesehen
werden können,
bzw. Öffnungen bzw.
Kanäle 22 oder
Röhrchen 28 in
den Leitschaufeln 20.
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Bei
Motoren mit Katalysatoren ist dabei die Menge des gasfförmigen Mediums,
d. h. der Druckluft, zusätzlich
so abzustimmen, dass der Katalysator durch das entstehende Luft/Abgasgemisch
nicht beeinträchtigt
wird und gleichzeitig eine geeigneter Ladedruck eingestellt werden
kann.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben
wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar.