DE102008032497A1 - Sliding sleeve system for use in turbine wheel entrance of turbo-charger of motor vehicle, has vertical section profile arranged at distance and parallel to base-side basic profile, and changed with respect to basic profile - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Schiebehülsensystem zur Anordnung im Bereich eines Turbinenradeintritts einer Turbine eines Abgasturboladers der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Leiteinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2 sowie eine Schiebehülse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 10 angegebenen Art.The The invention relates to a sliding sleeve system for arrangement in the region of a turbine wheel inlet of a turbine an exhaust gas turbocharger in the preamble of claim 1 specified type. The invention further relates to a guide according to the generic term of the patent claim 2 and a sliding sleeve in the preamble of Patent claim 10 specified type.
Ein derartiges Schiebehülsensystem ist bereits aus dem Kraftfahrzeugserienbau bekannt und umfasst eine Leiteinrichtung mit einem Grundkörper und zumindest einem Leitschaufelelement, das ein grundkörperseitiges Grundprofil besitzt und sich ausgehend vom Grundkörper entlang einer Bauteilachse der Leiteinrichtung über eine vorgegebene Schaufelhöhe erstreckt. Weiterhin umfasst das Schiebehülsensystem eine relativ zur Leiteinrichtung bewegbare Schiebehülse, welche wenigstens eine Aufnahme aufweist, in welcher das zugeordnete Leitschaufelelement zumindest abschnittsweise aufnehmbar ist. Das Schiebehülsensystem wird üblicherweise innerhalb eines Turbinengehäuses im Bereich eines Turbinenradeintritts einer Turbine eines Abgasturboladers angeordnet und dient zur Führung eines durch einen oder mehrere Spiralkanäle auf ein Turbinenrad der Turbine geleiteten Abgasstroms. Die Leiteinrichtung kann dabei durch Bewegen der Schiebehülse bedarfsweise mehr oder weniger überdeckt werden, wobei das wenigstens eine Leitschaufelelement in seine zugeordnete Aufnahme der Schiebehülse eintaucht. Hierdurch wird der Strömungsquerschnitt zum Turbinenrad mehr oder weniger freigegeben, so dass unterschiedliche Abgasmassenströme bzw. Drehzahlbereiche einer zugeordneten Brennkraftmaschine berücksichtigt werden können.One Such sliding sleeve system is already known from the motor vehicle series and includes a Guide device with a basic body and at least one vane element, which is a Grundkörperseitiges Basic profile has and starting from the body along a component axis of the guide extends over a predetermined blade height. Furthermore, the sliding sleeve system comprises a movable relative to the guide sliding sleeve, which has at least one receptacle in which the associated vane element at least partially receivable. The sliding sleeve system becomes common inside a turbine housing arranged in the region of a turbine wheel inlet of a turbine of an exhaust gas turbocharger and serves as a guide one through one or more spiral channels on a turbine wheel of the turbine guided exhaust gas flow. The guide can move by the sliding sleeve If necessary, more or less covered be, wherein the at least one vane element in its associated Recording the sliding sleeve dips. As a result, the flow cross section to the turbine wheel more or less released, so that different exhaust gas mass flows or speed ranges an associated internal combustion engine can be considered.
Als nachteilig an den bekannten Schiebehülsensystemen ist dabei der Umstand anzusehen, dass die Schiebehülse zur Darstellung eines geringen Schluckvermögens der zugeordneten Turbine weit geschlossen werden muss. Dies führt jedoch zu einem schmalen Strömungsquerschnitt und infolge dessen zu hohen Strömungsverlusten und einem verringerten Wirkungsgrad der zugeordneten Turbine.When A disadvantage of the known sliding sleeve systems is the Considered circumstance that the sliding sleeve to represent a small absorption capacity the associated turbine has to be closed far. However, this leads to a narrow flow cross-section and as a result, too high flow losses and a reduced efficiency of the associated turbine.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Schiebehülsensysteme der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einen verbesserten Wirkungsgrad seiner zugeordneten Turbine ermöglicht.task The present invention is therefore a sliding sleeve systems to provide the type mentioned, which has an improved efficiency its associated turbine allows.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schiebehülsensystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Leiteinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 sowie durch eine Schiebehülse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen der Leiteinrichtung und der Schiebehülse – soweit anwendbar – als vorteilhafte Ausgestaltungen des Schiebehülsensystems anzusehen sind.The The object is achieved by a Sliding sleeve system with the features of claim 1, a guide with the features of claim 2 and by a sliding sleeve with the features of claim 10 solved. Advantageous embodiments with functional and non-trivial developments of the invention are in the respective dependent claims indicated, wherein advantageous embodiments of the guide and the sliding sleeve - where applicable - as advantageous Embodiments of the sliding sleeve system to be considered.
Ein Schiebehülsensystem, welches einen verbesserten Wirkungsgrad seiner zugeordneten Turbine ermöglicht, ist erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass wenigstens ein in einem Abstand und parallel zum Grundprofil angeordnetes Höhenschnittprofil des Leitschaufelelements verändert gegenüber dem Grundprofil ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist das wenigstens eine Leitschaufelelement der Leiteinrichtung des Schiebehülsensystems im Gegensatz zum Stand der Technik nicht als Extrusionskörper ausgebildet, der formal durch das Verschieben des Grundprofils entlang eines achsparallel zur Bauteilachse verlaufenden, linearen Raumpfads beschreibbar ist. Das Leitschaufelelement des erfindungsgemäßen Schiebehülsensystems weist statt dessen ein über die Schaufelhöhe variierendes Höhenschnittprofil auf, das sich hinsichtlich seiner Größe und/oder seiner Form und/oder seiner abstandsbereinigten Lage bezüglich der Bauteilachse gegenüber dem Grundprofil unterscheidet. Auf diese Weise können die gewünschte Durchsatzspreizung und das Aufstauvermögen der zugeordneten Turbine aufgrund der erhöhten konstruktiven Freiheit der Leiteinrichtung bzw. des Leitschaufelelements optimal an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden, wodurch eine verbesserte Strömungsführung und ein entsprechend verbesserter Wirkungsgrad der Turbine ermöglicht sind.One Sliding sleeve system, which improves the efficiency of its associated turbine allows is according to the invention created that at least one at a distance and parallel to Basic profile arranged vertical section profile changed the guide vane element compared to the Basic profile is formed. In other words, that's at least a vane element of the guide of the sliding sleeve system in contrast to the prior art, not formed as an extrusion body, formally by moving the basic profile along a axially parallel to the component axis running, linear Raumpfads writable is. The vane element of the sliding sleeve system according to the invention instead assigns one the blade height varying vertical section profile in terms of its size and / or shape and / or its distance adjusted position with respect to the component axis relative to the Basic profile differentiates. In this way, the desired throughput spread and the impounding power the associated turbine due to the increased structural freedom the guide or the vane element optimally to the be adapted to each situation, resulting in an improved Flow guidance and a correspondingly improved efficiency of the turbine are possible.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Leiteinrichtung für ein Schiebehülsensystem gemäß dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, wobei ein verbesserter Wirkungsgrad einer dem Schiebehülsensystem zugeordneten Turbine erfindungsgemäß dadurch ermöglicht ist, dass wenigstens ein in einem Abstand und parallel zum Grundprofil angeordnetes Höhenschnittprofil des Leitschaufelelements verändert gegenüber dem Grundprofil ausgebildet ist. Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Schiebehülsensystem vorgestellten Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Leiteinrichtung. Umgekehrt sind bevorzugte Ausgestaltungen der Leiteinrichtung und deren Vorteile – soweit anwendbar – als vorteilhafte Ausgestaltungen des Schiebehülsensystems anzusehen.One Another aspect of the invention relates to a guide for a sliding sleeve system according to the previous one Embodiment, wherein an improved efficiency of the sliding sleeve system associated turbine according to the invention thereby enables that at least one at a distance and parallel to the base profile arranged vertical section profile changed the guide vane element across from the basic profile is formed. The in connection with the sliding sleeve system according to the invention presented advantages apply correspondingly for the guide device according to the invention. Conversely, preferred embodiments of the guide and their advantages - as far as applicable - as to look at advantageous embodiments of the sliding sleeve system.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Höhenschnittprofil formal durch eine Kongruenzabbildung, insbesondere eine Parallelverschiebung entlang eines Verschiebungsvektors und/oder eine Drehung um ein Drehzentrum, und/oder formal durch eine Inkongruenzabbildung, insbesondere eine Verschiebung entlang eines nicht-linearen Raumpfads und/oder eine Skalierung und/oder eine Scherung, in das Grundprofil überführbar ist. Das Höhenschnittprofil kann mit anderen Worten formal als Abbildung des Grundprofils betrachtet werden, wobei alle Punkte des Grundprofils durch einen oder mehrere mathematische Operatoren in die Punkte des Höhenschnittprofils überführbar sind. Bei der Kongruenzabbildung handelt es sich dabei um eine geometrische Abbildung, bei der Form und Größe des abgebildeten Höhenschnittprofils unverändert bleiben, so dass dieses sich im Unterschied zum Stand der Technik lediglich hinsichtlich seiner abstandsbereinigten Lage bezüglich der Bauteilachse vom Grundprofil unterscheidet. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Drehzentrum einer Drehung auf der Bauteilachse liegt. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die beiden Profile inkongruent aufeinander abbildbar sind, so dass sich Streckenverhältnisse und/oder Winkel zwischen dem Grundprofil und dem abgebildeten Höhenschnittprofil verändern.In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the vertical section profile formally by a congruence mapping, in particular a parallel displacement along a displacement vector and / or a rotation about a center of rotation, and / or formally by a Inkongruenzab education, in particular a shift along a non-linear space path and / or a scaling and / or shear, can be converted into the basic profile. In other words, the vertical section profile can be formally regarded as an illustration of the basic profile, wherein all points of the basic profile can be converted into the points of the vertical section profile by one or more mathematical operators. In the case of the congruence mapping, this is a geometric image in which the shape and size of the illustrated vertical section profile remain unchanged, so that, in contrast to the prior art, this only differs from the basic profile in terms of its distance-adjusted position relative to the component axis. It can be provided that the center of rotation of a rotation is on the component axis. Alternatively or additionally, it can be provided that the two profiles can be mapped incongruently to each other, so that track conditions and / or angles between the base profile and the illustrated vertical section profile change.
Dabei kann in weiterer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass ein Drehwinkel der Drehung in Abhängigkeit des Abstands gewählt ist. Dies ermöglicht es, beim relativen Bewegen einer der Leiteinrichtung zugeordneten Schiebehülse unterschiedliche Anström- bzw. Austrittswinkel für das Abgas bereitzustellen, wodurch das Aufstauverhalten einer mit der Leiteinrichtung versehenen Turbine besonders variabel einstellbar ist und entsprechend Wirkungsgradverbesserungen erzielt werden.there can be provided in a further embodiment that a rotation angle the rotation in dependence of the distance chosen is. This makes it possible when moving relative to one of the guide associated sliding sleeve different Airflow or exit angle for To provide the exhaust, whereby the Aufstauverhalten a with the guide provided turbine particularly variable adjustable and efficiency improvements are achieved accordingly.
Zusätzliche Vorteile ergeben sich, indem der Drehwinkel zwischen dem Grundprofil und einem Deckprofil des Leitschaufelelements, vorzugsweise kontinuierlich, zunehmend oder abnehmend gewählt ist. Mit anderen Worten ist das wenigstens eine Leitschaufelelement über seine Schaufelhöhe verdreht ausgeführt. Der Bereich des Grundprofils, der bei kleinen Abgasstromdurchsätzen mittels der zugeordneten Schiebehülse freigegeben werden kann, wird vorzugsweise ein geringer Drehwinkel verwendet. Entlang der Schaufelhöhe zum Schaufelende hin steigt bzw. sinkt der Drehwinkel in einem Maß, wie es für die gewünschte Durchsatzspreizung optimal ist. Somit muss im Gegensatz zum Stand der Technik hohes Aufstauvermögen der zugeordneten Turbine nicht durch zumindest annäherndes Schließen der Schiebehülse dargestellt werden, sondern kann durch moderates Schließen und eine entsprechende Profilgestaltung des wenigstens einen Leitschaufelelements erzielt werden. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Turbine auf konstruktiv einfache Weise erheblich verbessert.additional Benefits arise by the angle of rotation between the basic profile and a cover profile of the vane element, preferably continuously, is chosen increasing or decreasing. In other words, this is at least one vane element over its blade height twisted executed. The area of the basic profile, which at small exhaust flow rates through the associated sliding sleeve can be released, preferably a small angle of rotation used. Along the blade height Towards the end of the blade, the angle of rotation increases or decreases to an extent, as is the case for the desired throughput spread optimal. Thus, in contrast to the prior art high Aufstauvermögen the associated turbine not by at least approximate Shut down the sliding sleeve can be represented, but can by moderately closing and a corresponding profile design of the at least one vane element be achieved. This will increase the efficiency of the turbine structurally simple way significantly improved.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Grundprofil und/oder das Höhenschnittprofil ein Tragflächenprofil, insbesondere ein symmetrisches Tragflächenprofil und/oder ein halbsymmetrisches Tragflächenprofil und/oder ein Keulenprofil und/oder ein S-Schlagtragflächenprofil, ist. Dies erlaubt eine besonders präzise Strömungsführung des Abgases und eine wirkungsgradoptimierte Beaufschlagung des Turbinenrads der zugeordneten Turbine.In a further advantageous embodiment of the invention is provided that the base profile and / or the vertical section profile have an airfoil profile, in particular a symmetrical wing profile and / or a semi-symmetrical Wing profile and / or a lobe profile and / or an S-impact airfoil profile. This allows a particularly precise flow guidance of the Exhaust gas and an efficiency-optimized application of the turbine wheel of the associated turbine.
Dabei hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, wenn der Grundkörper als Ring ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine einfache Anordnung der Leiteinrichtung im Bereich des Turbinenradeintritts an einem Außenumfang des Turbinenrads. Die Bauteilachse der Leiteinrichtung bzw. des Grundkörpers verläuft dabei vorzugsweise koaxial mit einer Drehachse des Turbinenrads.there It has also been shown to be advantageous if the body as Ring is formed. this makes possible a simple arrangement of the guide in the area of the turbine wheel inlet on an outer circumference of the turbine wheel. The component axis of the guide or the Basic body runs thereby Preferably coaxial with a rotational axis of the turbine wheel.
Eine konstruktiv besonders einfache und stabile Ausbildung der Leiteinrichtung wird in weiterer Ausgestaltung dadurch erzielt, dass der Grundkörper und das zumindest eine Leitschaufelelement einteilig ausgebildet sind.A structurally particularly simple and stable design of the guide is achieved in a further embodiment, characterized in that the main body and the at least one vane element are integrally formed.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper eine Mehrzahl von vorzugsweise gleichmäßig voneinander beabstandet angeordneten Leitschaufelelementen umfasst. Auf diese Weise ist eine besonders präzise und flexibel optimierbare Strömungsführung ermöglicht, wobei grundsätzlich jedes Leitschaufelelement unterschiedlich ausgebildet sein kann.In a further advantageous embodiment of the invention is provided that the main body a Plurality of preferably evenly spaced from each other arranged guide vane elements comprises. That way is a very precise and flexibly optimizable flow guidance allows being basically Each vane element can be designed differently.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Schiebehülse für ein Schiebehülsensystem gemäß dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, wobei ein verbesserter Wirkungsgrad einer dem Schiebehülsensystem zugeordneten Turbine erfindungsgemäß dadurch ermöglicht ist, dass die wenigstens eine Aufnahme korrespondierend mit dem zumindest einen Leitschaufelelement der Leiteinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist die Schiebehülse derart ausgebildet, dass ihre wenigstens eine Aufnahme geometrisch und/oder funktionell an eine Hüllkontur des wenigstens einen zugeordneten Leitschaufelelements der Leiteinrichtung angepasst ist und das wenigstens eine Leitschaufelelement zumindest abschnittsweise aufnehmen kann, wenn das Leitschaufelelement und die Schiebehülse relativ zueinander bewegt werden. Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Schiebehülsensystem bzw. der erfindungsgemäßen Leiteinrichtung vorgestellten Vorteile gelten – soweit anwendbar – entsprechend für die erfindungsgemäße Schiebehülse.One Another aspect of the invention relates to a sliding sleeve for a sliding sleeve system according to the previous one Embodiment, wherein an improved efficiency of the sliding sleeve system associated turbine according to the invention thereby enables that the at least one receptacle corresponding to the at least one Guide vane element of the guide according to one of the preceding Embodiments formed is. In other words, the sliding sleeve is designed such that their at least one recording geometric and / or functional a hull contour the at least one associated vane element of the guide is adapted and the at least one vane element at least can accommodate sections when the vane element and the sliding sleeve be moved relative to each other. The in connection with the sliding sleeve system according to the invention or the guide device according to the invention presented benefits apply - as far as applicable - according to the sliding sleeve according to the invention.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schiebehülse zumindest einen vorzugsweise scheibenförmig ausgebildeten und an einem Grundkörper angeordneten Deckkörper umfasst, in welchen die wenigstens eine Aufnahme eingebracht ist. Hierdurch ist ein modularer Aufbau und eine entsprechend einfache Anpassbarkeit der Schiebehülse an unterschiedlich ausgebildete Leitschaufelelemente ermöglicht, da die Schiebehülse aus dem einheitlichen Grundkörper gefertigt sein kann und lediglich der jeweils geeignete Deckkörper ausgewählt und am Grundkörper angeordnet werden muss. Auf diese Weise werden erhebliche Herstellungs- und Lagerhaltungskosteneinsparungen erzielt.In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the sliding sleeve comprises at least one preferably disc-shaped and arranged on a base body cover body, in which the at least one Recording is introduced. As a result, a modular design and a correspondingly simple adaptability of the sliding sleeve to differently shaped guide vane elements is made possible because the sliding sleeve can be made of the unitary base body and only the respectively suitable cover body must be selected and arranged on the base body. In this way, significant manufacturing and storage cost savings are achieved.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem der Deckkörper bewegbar, insbesondere drehbar und/oder verschiebbar, am Grundkörper der Schiebehülse gelagert ist. Beim relativen Bewegen des Leitschaufelelements in die Aufnahme des Deckkörpers ist es somit möglich, dass der Deckkörper in Abhängigkeit der Ausgestaltung des Höhenschnittprofils in die jeweils erforderliche Position bewegt wird. Die Aufnahme kann daher so klein wie möglich ausgebildet werden, wodurch Strömungsverluste während des Betriebs des Abgasturboladers zumindest weitgehend vermieden werden.Further Benefits arise by the cover body movable, in particular rotatable and / or displaceable, mounted on the main body of the sliding sleeve is. When moving the vane member relative to the receptacle of the cover body is it thus possible that the cover body dependent on the design of the vertical section profile is moved to the required position. The recording can therefore be as small as possible be formed, causing flow losses while the operation of the exhaust gas turbocharger is at least largely avoided become.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen, in welchen ähnliche oder funktionsverwandte Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:Further Advantages, features and details of the invention will be apparent from the following description of an embodiment and with reference the drawings, in which similar or functionally related elements with identical reference numerals are. Showing:
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