DE102010021926A1 - Internal combustion engine - Google Patents

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M.Sc. Brinkert Nils
Dipl.-Ing. Sumser Siegfried
Dipl.-Ing. Hirth Torsten
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (25) mit wenigstens einer Abgasrückführleitung (16), mittels welcher Abgas der Verbrennungskraftmaschine (25) von einer Abgasseite (52) auf eine Luftseite (54) der Verbrennungskraftmaschine (25) rückführbar ist, und mit einem eine Turbine (58) aufweisenden Abgasturbolader (56), welcher ein Turbinengehäuse (10) umfasst, in welchem ein Turbinenrad (18) der Turbine (58) aufgenommen ist, und welches zumindest einen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (25) durchströmbaren Spiralkanal (12, 14) aufweist, über welchen dem Turbinenrad (18) das Abgas zuführbar ist, wobei eine Verstelleinrichtung (20) der Turbine (58) vorgesehen ist, mittels welcher zumindest ein Düsenquerschnitt (AR) des Spiralkanals (12, 14) einstellbar ist, wobei mittels der Verstelleinrichtung (20) der Düsenquerschnitt (AR) des Spiralkanals (12, 14) und ein Durchströmquerschnitt (AAGR) der Rückführleitung (16) gemeinsam einstellbar sind.The invention relates to an internal combustion engine (25) with at least one exhaust gas recirculation line (16), by means of which exhaust gas from the internal combustion engine (25) can be returned from an exhaust gas side (52) to an air side (54) of the internal combustion engine (25), and with a turbine ( 58) having exhaust gas turbocharger (56), which comprises a turbine housing (10) in which a turbine wheel (18) of the turbine (58) is accommodated, and which has at least one spiral duct (12, 14) through which exhaust gas from the internal combustion engine (25) can flow , via which the exhaust gas can be fed to the turbine wheel (18), an adjusting device (20) of the turbine (58) being provided, by means of which at least one nozzle cross-section (AR) of the spiral channel (12, 14) can be adjusted, whereby by means of the adjusting device ( 20) the nozzle cross section (AR) of the spiral channel (12, 14) and a flow cross section (AAGR) of the return line (16) can be set together.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to an internal combustion engine specified in the preamble of claim 1. Art.

Aus der DE 10 2008 039 085 A1 ist eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem Abgasturbolader bekannt, welcher einen Verdichter in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine und eine Turbine in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine umfasst. Die Turbine weist dabei ein Turbinengehäuse auf, das einen mit einer Abgasleitung des Abgastrakts gekoppelten Spiralkanal und ein Turbinenrad umfasst, welches innerhalb eines Aufnahmeraums des Turbinengehäuses angeordnet und zum Antreiben eines über eine Welle drehfest mit dem Turbinenrad verbundenen Verdichterrads des Verdichters mit durch den Spiralkanal führbarem Gas der Brennkraftmaschine beaufschlagbar ist. Die Turbine umfasst eine Verstelleinrichtung, mittels welcher ein Spiraleneintrittsquerschnitt des Spiralkanals sowie ein Düsenquerschnitt des Spiralkanals zum Aufnahmeraum gemeinsam einstellbar sind. Der Spiralkanal kann dabei als Teilspirale mit einem Umschlingungswinkel zwischen 350° und 30° ausgebildet sein.From the DE 10 2008 039 085 A1 An internal combustion engine for a motor vehicle with an exhaust gas turbocharger is known, which comprises a compressor in an intake tract of the internal combustion engine and a turbine in an exhaust gas tract of the internal combustion engine. In this case, the turbine has a turbine housing which comprises a spiral duct coupled to an exhaust pipe of the exhaust gas system and a turbine wheel, which is arranged within a receiving space of the turbine housing and for driving a compressor wheel of the compressor connected to the turbine wheel via a shaft with gas that can be guided through the spiral duct the internal combustion engine can be acted upon. The turbine comprises an adjusting device, by means of which a spiral inlet cross section of the spiral channel and a nozzle cross section of the spiral channel to the receiving space are jointly adjustable. The spiral channel can be formed as a partial spiral with a wrap angle between 350 ° and 30 °.

Diese Brennkraftmaschine weist weiteres Potential auf, ihren Kraftstoffverbrauch weiter zu reduzieren.This internal combustion engine has further potential to further reduce its fuel consumption.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass sie einen reduzierten Kraftstoffverbrauch aufweist.It is therefore an object of the present invention to develop such an internal combustion engine of the type mentioned that it has a reduced fuel consumption.

Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an internal combustion engine having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine umfasst wenigstens eine Abgasrückführleitung, mittels welcher Abgas der Verbrennungskraftmaschine von einer Abgasseite auf eine Luftseite der Verbrennungskraftmaschine rückführbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst weiterhin einen eine Turbine aufweisenden Abgasturbolader, welcher ein Turbinengehäuse umfasst, in welchem ein Turbinenrad der Turbine aufgenommen ist, und welches zumindest einen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Spiralkanal aufweist, über welchen dem Turbinenrad das Abgas zuführbar ist. Dabei ist eine Verstelleinrichtung der Turbine vorgesehen, mittels welcher zumindest ein Düsenquerschnitt des Spiralkanals einstellbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sind nun mittels der Verstelleinrichtung der Düsenquerschnitt des Spiralkanals und ein Durchströmquerschnitt der Rückführleitung gemeinsam einstellbar. Dadurch kann mittels der Verstelleinrichtung der Durchströmquerschnitt der Rückführleitung und damit ein Durchsatz von die Rückführleitung durchströmendem Abgas parallel zum Düsenquerschnitt und damit zu einem gewünschten und notwendigen Aufstau von Abgas durch den Spiralkanal eingestellt und an diesen Aufstau angepasst werden. Dies ermöglicht eine positive Beeinflussung eines Ladungswechsels der Verbrennungskraftmaschine infolge der Möglichkeit, einen Abgasgegendruck beim Ausschieben von Abgas aus einem Arbeitsraum der Verbrennungskraftmaschine bedarfsgerecht an einen aktuell vorliegenden Betriebspunkt anpassen zu können, was mit einem sehr geringen Kraftstoffverbrauch und damit CO2-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine einhergeht.An internal combustion engine according to the invention comprises at least one exhaust gas recirculation line, by means of which exhaust gas of the internal combustion engine is traceable from an exhaust gas side to an air side of the internal combustion engine. The internal combustion engine further comprises a turbocharger having an exhaust gas turbocharger, which comprises a turbine housing, in which a turbine wheel of the turbine is accommodated, and which has at least one of exhaust gas of the internal combustion engine through-flowable spiral channel, via which the exhaust gas is supplied to the turbine wheel. In this case, an adjustment of the turbine is provided, by means of which at least one nozzle cross-section of the spiral channel is adjustable. In the internal combustion engine according to the invention, the nozzle cross section of the spiral channel and a flow cross section of the return line are now jointly adjustable by means of the adjusting device. As a result, by means of the adjustment device, the throughflow cross section of the return line and thus a throughput of exhaust gas flowing through the return line can be adjusted parallel to the nozzle cross section and thus to a desired and necessary backlog of exhaust gas through the spiral channel and adapted to this backlog. This allows a positive influence on a charge cycle of the internal combustion engine due to the possibility of an exhaust backpressure upon expulsion of exhaust gas from a working space of the internal combustion engine as needed to adapt to a present operating point, which is associated with a very low fuel consumption and thus CO 2 emissions of the internal combustion engine.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Turbinengehäuse zumindest einen weiteren Spiralkanal auf, über welchen dem Turbinenrad Abgas der Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Turbinenrads zuführbar ist. Dabei ist der erste Spiralkanal beispielsweise als Teilspiralkanal, insbesondere mit einem Umschlingungswinkel in einem Bereich von einschließlich 350° bis einschließlich 30°, ausgebildet, während der weitere Spiralkanal als Vollspiralkanal, insbesondere mit einem Umschlingungswinkel von mehr als 350°, ausgebildet ist. Dabei fungiert der Vollspiralkanal beispielsweise als so genannter λ-Spiralkanal, mittels welchem das Verbrennungsluftverhältnis der Verbrennungskraftmaschine zur Darstellung eines gewünschten Drehmoments sowie einer gewünschten Leistung einstellbar ist. Der Teilspiralkanal fungiert als so genannter AGR-Spiralkanal (AGR-Abgasrückführung), mittels welchem besonders effizient Abgas der Verbrennungskraftmaschine von der Abgasseite auf die Luftseite rückführbar ist, auf welcher das Abgas einer von der Verbrennungskraftmaschine angesaugten Luft zugeführt wird. Durch diese Abgasrückführung lassen sich die Emissionen, insbesondere Stickoxid-Emissionen, der Verbrennungskraftmaschine absenken.In an advantageous embodiment of the invention, the turbine housing has at least one further spiral channel, via which exhaust gas of the internal combustion engine for driving the turbine wheel can be fed to the turbine wheel. In this case, the first spiral channel, for example, as a partial spiral channel, in particular with a wrap angle in a range of 350 ° to 30 ° inclusive, formed while the other spiral channel as a full spiral channel, in particular with a wrap angle of more than 350 °, is formed. In this case, the full spiral channel functions, for example, as a so-called λ-spiral channel, by means of which the combustion air ratio of the internal combustion engine for displaying a desired torque and a desired power is adjustable. The partial spiral channel functions as a so-called EGR spiral channel (EGR exhaust gas recirculation), by means of which exhaust gas of the internal combustion engine can be traced from the exhaust side to the air side, where the exhaust gas is supplied to an air sucked by the internal combustion engine. By means of this exhaust gas recirculation, the emissions, in particular nitrogen oxide emissions, of the internal combustion engine can be lowered.

Zur Darstellung voneinander unterschiedlicher Mengen an rückzuführendem Abgas sowie zur Darstellung besonders großer Mengen von rückzuführendem Abgas kann das Aufstauverhalten des AGR-Spiralkanals mittels der Verstelleinrichtung bedarfsgerecht angepasst werden. Durch eine Verengung des Düsenquerschnitts kann eine besonders hohe Menge an Abgas in dem Spiralkanal aufgestaut und rückgeführt werden. Wird der Düsenquerschnitt mittels der Verstelleinrichtung demgegenüber freigegeben, so wird im Vergleich zu einem dazu verengten Düsenquerschnitt weniger Abgas aufgestaut und rückgeführt, wobei dieses Aufstauverhalten des AGR-Spiralkanals zur Reduzierung der Emissionen der Verbrennungskraftmaschine bedarfsgerecht an unterschiedliche Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine anpassbar ist.To represent mutually different amounts of exhaust gas to be recirculated and to display particularly large quantities of recirculating exhaust gas, the accumulation behavior of the EGR spiral channel can be adjusted as needed by means of the adjusting device. By narrowing the nozzle cross section, a particularly high amount of exhaust gas can be accumulated and returned in the spiral channel. If the nozzle cross-section is released by means of the adjusting device on the other hand, less exhaust gas is accumulated and returned compared to a nozzle cross-section narrowed for this purpose, with this accumulation behavior of the EGR spiral channel for reducing emissions the internal combustion engine is adaptable to different operating points of the internal combustion engine as needed.

Die Turbine des Abgasturboladers ist beispielsweise als Teilstromturbine mit zwei Fluten ausgebildet, wobei die eine Flut zumindest teilweise durch den ersten Spiralkanal und die andere Flut zumindest teilweise durch den anderen Spiralkanal gebildet ist. Ist der erste Spiralkanal in Umfangsrichtung des Turbinenrads zumindest nahezu über dessen gesamten Umfang ausgebildet, wobei der erste Spiralkanal einen Umschlingungswinkel von zumindest im Wesentlichen wegen einer Zunge 350° aufweist, und ist der weitere Spiralkanal als Teilspiralkanal ausgebildet, welcher in Umfangsrichtung des Turbinenrads über dessen Umfang das Turbinenrad in einem Winkelbereich von wesentlich kleiner als 350° umschlingt, so wird der Winkelbereich, in welchem die Teilspirale das Turbinenrad nicht umschlingt, bevorzugt für die Verstelleinrichtung, insbesondere einen Drehmechanismus, genutzt, welche bedarfsgerecht den Teilspiralkanal bzw. dessen Düsenquerschnitt mittels eines Versperrkörpers, insbesondere einer Zunge, zumindest im Wesentlichen freigeben oder demgegenüber verengen kann zur Einstellung des Aufstauverhaltens dieses Teilspiralkanals. Die Auslegung des Spiralkanals des Turbinengehäuses, welcher zum Aufstauen und Rückführen von Abgas genutzt wird, wird somit deutlich größer ausfallen, was dazu führt, dass eine AGR-Drosselung bei Verringern des Umschlingungswinkels des Spiralkanals minimal ist.The turbocharger of the exhaust-gas turbocharger is designed, for example, as a partial-flow turbine with two passages, wherein one of the passages is at least partially formed by the first spiral passage and the other is at least partially formed by the other spiral passage. If the first spiral channel is formed in the circumferential direction of the turbine wheel at least approximately over its entire circumference, the first spiral channel has a wrap angle of at least substantially 350 ° due to a tongue, and the further spiral channel is designed as a partial spiral channel, which extends in the circumferential direction of the turbine wheel over its circumference wraps around the turbine wheel in an angular range of substantially smaller than 350 °, the angular range in which the sub-spiral does not wrap around the turbine wheel is preferably used for the adjusting device, in particular a rotating mechanism which, as required, uses the sub-spiral channel or its nozzle cross-section by means of a locking body, In particular, a tongue, at least substantially free or contrast can narrow to adjust the Aufstauverhaltens this Teilspiralkanals. The design of the spiral channel of the turbine housing, which is used for accumulation and recirculation of exhaust gas, will thus be significantly larger, which means that an EGR throttling is minimal in reducing the wrap angle of the spiral channel.

Mittels der Verstelleinrichtung ist der Düsenquerschnitt variabel einstellbar, wobei die Verstelleinrichtung bevorzugt kontinuierlich zwischen voneinander unterschiedlichen Stellungen, insbesondere Schwenkstellungen, verstellbar ist und zum Beispiel über eine Abdeckung oder eine Beschaufelung den Umschlingungswinkel und somit eine effektive Fläche am Eintritt des Turbinenrads reduziert, d. h. versperrt, bzw. demgegenüber freigibt.By means of the adjusting device, the nozzle cross-section is variably adjustable, wherein the adjusting device is preferably continuously adjustable between mutually different positions, in particular pivot positions, and for example via a cover or a blading reduces the wrap angle and thus an effective area at the inlet of the turbine wheel, d. H. locked, or on the other hand releases.

Ausgehend von einem vollständig geöffneten Umschlingungswinkel, d. h. einem vollständig freigegebenen Düsenquerschnitt des Spiralkanals, wird mit Betätigung der Verstelleinrichtung der Düsenquerschnitt des Spiralkanals zur Erhöhung der Menge an aufgestautem Abgas reduziert bis hin zu einem minimal erforderlichen bzw. geschlossenen Düsenquerschnitt. Somit ist es möglich, mittels der Verstelleinrichtung das Aufstauverhalten des Spiralkanals und damit der Turbine zu beeinflussen hin zu höheren AGR-Raten, gleichzeitig aber bei Bedarf eine AGR-Rate, das heißt eine Menge an rückzuführendem Abgas, zu reduzieren bzw. eine solche Abgasrückführung gänzlich zu deaktivieren.Starting from a fully opened wrap angle, d. H. a completely released nozzle cross-section of the spiral channel, the nozzle cross-section of the spiral channel is reduced to increase the amount of pent-up exhaust gas with actuation of the adjusting device up to a minimum required or closed nozzle cross-section. Thus, it is possible to influence the Aufstauverhalten of the spiral channel and thus the turbine by means of the adjustment to higher EGR rates, but at the same time if necessary, an EGR rate, that is to reduce an amount of rückzuführendem exhaust, or such exhaust gas recirculation entirely to disable.

Dadurch, dass mittels der Verstelleinrichtung sowohl der Düsenquerschnitt als auch gemeinsam mit diesem der Durchtrittsquerschnitt der Rückführleitung einstellbar ist, weist die Verstelleinrichtung eine hohe Funktionalität bei einer geringen Teileanzahl auf, was den Bauraumbedarf, das Gewicht, die Teileanzahl und damit die Kosten des Abgasturboladers in einem geringen Rahmen hält sowie die Möglichkeit schafft, den Durchströmquerschnitt an den Düsenquerschnitt und damit das Aufstauverhalten anzupassen und weitere Potentiale zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs sowie der CO2-Emissionen zu nutzen.The fact that by means of the adjusting both the nozzle cross section and together with this the passage cross section of the return line is adjustable, the adjustment has a high functionality with a low number of parts, what the space requirements, the weight, the number of parts and thus the cost of the exhaust gas turbocharger in a low frame and provides the opportunity to adjust the flow area to the nozzle cross-section and thus the Aufstauverhalten and to seize further potential to reduce fuel consumption and CO 2 emissions.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. 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 drawings. 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 Zeichnungen zeigen in:The drawings show in:

1 eine schematische Seitenansicht eines Turbinengehäuses für einen Abgasturbolader mit einem als Vollspiralkanal ausgebildeten Spiralkanal und mit einem als Teilspiralkanal ausgebildeten Spiralkanal; 1 a schematic side view of a turbine housing for an exhaust gas turbocharger with a spiral channel designed as a full spiral channel and with a partial spiral channel formed as a spiral channel;

2 eine schematische Perspektivansicht des Turbinengehäuses gemäß 1; 2 a schematic perspective view of the turbine housing according to 1 ;

3 eine schematische Schnittansicht des Vollspiralkanals des Turbinengehäuses gemäß den vorhergehenden Figuren; 3 a schematic sectional view of the full spiral passage of the turbine housing according to the preceding figures;

4 eine schematische Schnittansicht des Teilspiralkanals des Turbinengehäuses gemäß den vorhergehenden Figuren, wobei eine Verstelleinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher ein Düsenquerschnitt des Teilspiralkanals einstellbar ist und welche eine Zunge umfasst, die in einer ersten Drehstellung eingestellt ist; 4 a schematic sectional view of the partial spiral passage of the turbine housing according to the preceding figures, wherein an adjusting device is provided, by means of which a nozzle cross section of the Teilspiralkanals is adjustable and which comprises a tongue which is set in a first rotational position;

5 eine schematische Schnittansicht des Teilspiralkanals gemäß 4, wobei die Zunge in einer weiteren Drehstellung eingestellt ist; 5 a schematic sectional view of the partial spiral channel according to 4 wherein the tongue is set in a further rotational position;

6 eine schematische Schnittdarstellung des Teilspiralkanals gemäß den 4 und 5, wobei die Zunge in einer weiteren Drehstellung eingestellt ist; 6 a schematic sectional view of the sub-spiral channel according to the 4 and 5 wherein the tongue is set in a further rotational position;

7 eine schematische Schnittansicht des Teilspiralkanals gemäß den 4 bis 6, wobei die Zunge in einer weiteren Drehstellung eingestellt ist und wobei mittels der Zunge der Düsenquerschnitt des Teilspiralkanals sowie ein Durchströmquerschnitt einer Rückführleitung einer Abgasrückführeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine einstellbar ist; und 7 a schematic sectional view of the partial spiral channel according to the 4 to 6 wherein the tongue is set in a further rotational position and wherein by means of the tongue of the nozzle cross-section of the partial spiral channel and a flow cross-section of a return line of an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine is adjustable; and

8 eine Prinzipskizze einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasturbolader mit einem Turbinengehäuse gemäß den vorhergehenden Figuren. 8th a schematic diagram of an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger with a turbine housing according to the preceding figures.

Die 1 und 2 zeigen ein zweiflutiges Turbinengehäuse 10 für eine Turbine 58. (8) eine Abgasturboladers 56 für eine Verbrennungskraftmaschine 25, wobei eine Beaufschlagung der Turbine 58 über zwei Fluten 30, 32 erfolgt, wobei eine der Fluten 30, 32 zumindest teilweise durch einen als Vollspiralkanal 12 ausgebildeten Spiralkanal und die andere der Fluten 30, 32 zumindest teilweise durch einen als Teilspiralkanal 14 gebildeten Spiralkanal des Turbinengehäuses 10 gebildet sind.The 1 and 2 show a twin-bladed turbine housing 10 for a turbine 58 , ( 8th ) an exhaust gas turbocharger 56 for an internal combustion engine 25 , wherein an impingement of the turbine 58 over two floods 30 . 32 takes place, being one of the floods 30 . 32 at least partially by a full spiral channel 12 trained spiral channel and the other of the floods 30 . 32 at least partially by a partial spiral channel 14 formed spiral channel of the turbine housing 10 are formed.

Die Verbrennungskraftmaschine 25 weist dabei beispielsweise eine Mehrzahl von Zylindern 28 auf, wobei die Verbrennungskraftmaschine 25 Abgas aus einer ersten Teilmenge der Zylinder 28 zu einer der Fluten 30, 32 und Abgas aus einer anderen, von der ersten Teilmenge unterschiedlichen, zweiten Teilmenge der Zylinder 28 zu der anderen der Fluten 30, 32 fördert. Weist die Verbrennungskraftmaschine 25 beispielsweise vier Zylinder 28 auf, so wird beispielsweise das Abgas von zwei dieser Zylinder 28 zu der einen Flut 30, 32 und damit zu dem Vollspiralkanal 12 und das Abgas der anderen beiden Zylinder 28 zu anderen der Fluten 30, 32 und damit beispielsweise zu dem Teilspiralkanal 14 gefördert.The internal combustion engine 25 has, for example, a plurality of cylinders 28 on, the internal combustion engine 25 Exhaust gas from a first subset of cylinders 28 to one of the floods 30 . 32 and exhaust gas from another, different from the first subset, the second subset of the cylinder 28 to the other of the floods 30 . 32 promotes. Indicates the internal combustion engine 25 for example, four cylinders 28 on, for example, the exhaust gas from two of these cylinders 28 to the one flood 30 . 32 and thus to the full spiral channel 12 and the exhaust of the other two cylinders 28 to others of the floods 30 . 32 and thus, for example, to the sub-spiral channel 14 promoted.

In dem Turbinengehäuse 10 ist ein Turbinenrad 18 aufgenommen, welchem das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 25 zumindest teilweise über den Vollspiralkanal 12 sowie den Teilspiralkanal 14 zuführbar ist, wodurch das Turbinenrad 18 von dem Abgas angetrieben werden kann. Dazu durchströmt das Abgas zunächst jeweilige Durchströmquerschnitte AS des Vollspiralkanals 12 beziehungsweise des Teilspiralkanals 14, woraufhin es über jeweilige Düsenquerschnitte AR im Bereich eines Turbinenradeintritts des Turbinenrads 18 dieses anströmt und antreibt. Wie insbesondere den 3 und 4 zu entnehmen ist, weist der Vollspiralkanal 12 in Umfangsrichtung des Turbinenrads 18 über dessen Umfang einen Umschlingungswinkel φS auf, welcher beispielsweise zumindest 350° oder größer beträgt. Im Gegensatz dazu weist der Teilspiralkanal 14 einen Umschlingungswinkel φS auf, welcher im Vergleich zum Umschlingungswinkel φS des Vollspiralkanals 12 in einem wesentlich kleineren Winkelbereich ausgebildet ist.In the turbine housing 10 is a turbine wheel 18 received, which the exhaust gas of the internal combustion engine 25 at least partially via the full spiral channel 12 as well as the sub-spiral channel 14 can be fed, causing the turbine wheel 18 can be driven by the exhaust gas. For this purpose, the exhaust gas first flows through respective flow cross sections A S of the full spiral channel 12 or the sub-spiral channel 14 , whereupon it over respective nozzle cross-sections A R in the region of a turbine wheel inlet of the turbine wheel 18 this flows and drives. As in particular the 3 and 4 can be seen, the full spiral channel 12 in the circumferential direction of the turbine wheel 18 over its circumference a wrap angle φ S , which is for example at least 350 ° or greater. In contrast, the sub-spiral channel 14 a wrap angle φ S , which in comparison to the wrap angle φ S of the full spiral channel 12 is formed in a much smaller angular range.

Schon dadurch weist der Teilspiralkanal 14 einen wesentlich geringeren Düsenquerschnitt AR als der Vollspiralkanal 12 auf. Daraus resultiert ein Durchsatzparameter des den Teilspiralkanal 14 durchströmenden Abgases, welcher geringer ist als ein Durchsatzparameter des den Vollspiralkanal 12 durchströmenden Abgases der Verbrennungskraftmaschine 25. Damit einher geht ein höherer Abgasgegendruck im Teilspiralkanal 14 als im Vollspiralkanal 12, wodurch der Teilspiralkanal 14 eine höhere Menge an Abgas aufstauen kann als der Vollspiralkanal 12.This already indicates the sub-spiral channel 14 a much smaller nozzle cross section A R than the full spiral channel 12 on. This results in a throughput parameter of the subspiral channel 14 flowing exhaust gas, which is less than a flow rate parameter of the full spiral channel 12 flowing exhaust gas of the internal combustion engine 25 , This is accompanied by a higher exhaust back pressure in the partial spiral channel 14 as in the full spiral channel 12 , whereby the sub-spiral channel 14 can accumulate a higher amount of exhaust gas than the full spiral channel 12 ,

Somit wird der Teilspiralkanal 14 bei der als Zwillingsstromturbine ausgebildeten Turbine 58 mit dem Turbinengehäuse 10 genutzt, um mittels einer Gasrückführeinrichtung über eine Abgasrückführleitung 16 Abgas von einer Abgasseite 52 der Verbrennungskraftmaschine 25 auf eine Luftseite 54 derselbigen rückzuführen und von der Verbrennungskraftmaschine 25 angesaugte Luft mit dem rückgeführten Abgas zu beaufschlagen. Dadurch lassen sich Emissionen, insbesondere Stickoxid-Emissionen, der Verbrennungskraftmaschine 25 reduzieren.Thus, the sub-spiral channel becomes 14 in the turbine designed as a twin-flow turbine 58 with the turbine housing 10 used to by means of a gas recirculation device via an exhaust gas recirculation line 16 Exhaust from an exhaust side 52 the internal combustion engine 25 on an airside 54 derselbigen return and of the internal combustion engine 25 sucked air to act on the recirculated exhaust gas. This allows emissions, in particular nitrogen oxide emissions, of the internal combustion engine 25 to reduce.

Zur Darstellung unterschiedlicher AGR-Raten (AGR-Abgasrückführung), das heißt zur Darstellung unterschiedlicher Mengen von rückzuführendem Abgas, ist eine Verstelleinrichtung 20 mit einem mit einem Verstellring verbundenen Sperrkörper in Form einer Zunge 22 vorgesehen, mittels welcher der Düsenquerschnitt AR des Teilspiralkanals 14 variabel einstellbar ist.To represent different EGR rates (EGR exhaust gas recirculation), that is, to represent different amounts of recirculating exhaust gas, is an adjustment 20 with an associated with an adjusting locking body in the form of a tongue 22 provided, by means of which the nozzle cross section A R of the partial spiral channel 14 is variably adjustable.

Durch rotatorisches und/oder translatorisches Bewegen des Verstellrings ist die Zunge 22 um die Drehachse 24 des Turbinenrads 18 zwischen voneinander unterschiedlichen Drehstellungen drehbar, in welchen sie den Düsenquerschnitt AR komplett freigibt (4 und 7), oder den Düsenquerschnitt AR demgegenüber zumindest teilweise verschließt (5 und 6). Insbesondere der 1 zu entnehmen ist, dass dabei insbesondere ein von dem Teilspiralkanal 14 nicht umschlungener Winkelbereich in Umfangsrichtung des Turbinenrads 18 über dessen Umfang genutzt wird zum Vorsehen beziehungsweise Anordnen der Zunge 22.By rotational and / or translational movement of the adjusting ring is the tongue 22 around the axis of rotation 24 of the turbine wheel 18 rotatable between different rotational positions in which it completely releases the nozzle cross-section A R ( 4 and 7 ), or the nozzle cross-section A R at least partially closes ( 5 and 6 ). In particular the 1 it can be seen that in particular one of the subspiral channel 14 non-looped angular range in the circumferential direction of the turbine wheel 18 is used over the scope to provide or arrange the tongue 22 ,

In einer in der 5 dargestellten Schließstellung der Zunge 22, in welcher der Düsenquerschnitt AR komplett mittels der Zunge 22 geschlossen ist, weist der Teilspiralkanal 14 ein sehr hohes Aufstauverhalten auf, wobei eine sehr hohe Menge an Abgas aufstaubar und über die Rückführleitung 16 rückführbar ist.In one in the 5 illustrated closed position of the tongue 22 , in which the nozzle cross section A R completely by means of the tongue 22 is closed, the sub-spiral channel points 14 a very high Aufstauverhalten, with a very high amount of exhaust gas and on the return line 16 is traceable.

Im Gegensatz dazu weist der Teilspiralkanal 14 in einer in der 4 gezeigten Offenstellung der Zunge 22, in welcher der Düsenquerschnitt AR komplett freigegeben ist, ein sehr geringes Aufstauverhalten auf, wobei eine sehr geringe Menge von Abgas aufgestaut und nur eine sehr geringe Menge oder gegebenenfalls gar kein Abgas über die Abgasrückführleitung 16 rückgeführt wird. In contrast, the sub-spiral channel 14 in one in the 4 shown open position of the tongue 22 , in which the nozzle cross-section A R is completely released, a very low Aufstauverhalten, with a very small amount of exhaust accumulated and only a very small amount or possibly no exhaust gas on the exhaust gas recirculation line 16 is returned.

Die 8 zeigt die Verbrennungskraftmaschine 25 mit einer Aufladeeinrichtung 26, bei welcher der Abgasturbolader 56 mit der Turbine 58 mit dem Turbinengehäuse 10 gemäß den vorhergehenden Figuren zum Einsatz kommt. Die Verbrennungskraftmaschine 25 weist sechs Zylinder 28 als Arbeitsräume auf, wobei das Abgas aus drei Zylindern 28 mit einem Druck p31 über die erste Flut 30 zu dem Teilspiralkanal 14 gefördert wird. Das Abgas der übrigen Zylinder 28 wird mit einem Druck p32 über die zweite Flut 32 zu dem Vollspiralkanal 12 gefördert. Das Turbinenrad 18 ist dabei von dem den Vollspiralkanal 12 sowie den Teilspiralkanal 14 durchströmenden Abgas antreibbar und mit einer schematisch dargestellten Welle 34 eines Rotors des Abgasturboladers 56 verbunden, mit welcher ein Verdichterrad 36 drehfest verbunden ist, wodurch das Verdichterrad 36 antreibbar ist. Das Verdichterrad 36 verdichtet von der Verbrennungskraftmaschine 25 gemäß einem Richtungspfeil 38 angesaugte Luft, wodurch die Luft erwärmt wird. Die Luft strömt gemäß einem Richtungspfeil 40 weiter zu einem Ladeluftkühler 42, welcher die Luft abkühlt. Weiterhin strömt die Luft gemäß einem Richtungspfeil 44 mit einem Druck p2s in die Zylinder 28, wo sie mit Kraftstoff beaufschlagt und verbrannt wird, woraus das Abgas entsteht, das den Fluten 30 und 32 zugeführt wird.The 8th shows the internal combustion engine 25 with a charging device 26 in which the turbocharger 56 with the turbine 58 with the turbine housing 10 is used according to the preceding figures. The internal combustion engine 25 has six cylinders 28 as working spaces, the exhaust gas from three cylinders 28 with a pressure p 31 over the first tide 30 to the sub-spiral channel 14 is encouraged. The exhaust of the remaining cylinders 28 is at a pressure p 32 across the second tide 32 to the full spiral channel 12 promoted. The turbine wheel 18 is from the full spiral channel 12 as well as the sub-spiral channel 14 flowing exhaust gas drivable and with a shaft schematically illustrated 34 a rotor of the exhaust gas turbocharger 56 connected, with which a compressor wheel 36 rotatably connected, causing the compressor wheel 36 is drivable. The compressor wheel 36 compressed by the internal combustion engine 25 according to a directional arrow 38 sucked air, whereby the air is heated. The air flows according to a directional arrow 40 Continue to a charge air cooler 42 which cools the air. Furthermore, the air flows according to a directional arrow 44 with a pressure p 2s in the cylinder 28 where it is fueled and burned, from which the exhaust gas is created, the floods 30 and 32 is supplied.

In der 8 ist ebenfalls die Verstelleinrichtung 20 mit der Zunge 22 schematisch dargestellt, mittels welcher der Düsenquerschnitt AR des Teilspiralkanals 14 variabel einstellbar ist. Wie in Zusammenschau der 7 und 8 deutlich wird, ist mittels der Zunge 22 nicht nur der Düsenquerschnitt AR des Teilspiralkanals 14 variabel einstellbar. Mittels der Zunge 22 ist auch ein Durchströmquerschnitt AAGR der Abgasrückführleitung 16 einstellbar, über welche gemäß einem Richtungspfeil 46 zumindest ein Teil des den Teilspiralkanal 14 durchströmenden Abgases auf die Luftseite 54 der Verbrennungskraftmaschine 25 rückführbar ist. Dazu durchströmt das Abgas zunächst einen Abgasrückführkühler 48, mit welchem das Abgas gekühlt wird, bevor es schließlich gemäß einem Richtungspfeil 50 der verdichteten Luft zugeführt wird.In the 8th is also the adjustment 20 with the tongue 22 shown schematically, by means of which the nozzle cross section A R of the partial spiral channel 14 is variably adjustable. As in synopsis of 7 and 8th becomes clear, is by means of the tongue 22 not only the nozzle cross-section A R of the partial spiral channel 14 variably adjustable. By tongue 22 is also a flow area A EGR the exhaust gas recirculation line 16 adjustable, via which according to a directional arrow 46 at least part of the subspiral channel 14 flowing exhaust gas on the air side 54 the internal combustion engine 25 is traceable. For this purpose, the exhaust gas first flows through an exhaust gas recirculation cooler 48 with which the exhaust gas is cooled, before finally following a directional arrow 50 the compressed air is supplied.

Über die Zunge 22 wird somit der Düsenquerschnitt AR sowie simultan dazu der engste Durchströmquerschnitt AAGR der Abgasrückführleitung 16 bestimmt. In dem Fall, dass der Düsenquerschnitt AR mit der geringsten Aufstauwirkung für das Abgas den größten Wert hat, kann auslegungsgemäß der Durchströmquerschnitt AAGR der Abgasrückführleitung 16 vollständig geschlossen werden, falls keine Mengen an rückzuführendem Abgas in entsprechenden Betriebsbereichen der Verbrennungskraftmaschine 25 benötigt werden. Grundsätzlich sind jedoch vielfältige Kombinationen derart gekoppelter Strömungsquerschnitte in Form des Düsenquerschnitts AR und des Durchströmquerschnitts AAGR möglich, welche beispielsweise über den Verstellring mit der Zunge 22 in Form eines Ringschiebers eingeregelt werden können. Auch die 7 zeigt die geschilderte Doppelwirkung der Zunge 22, welche sich in einer Drehstellung befindet, in welcher der Durchströmquerschnitt AAGR vollständig geöffnet ist.About the tongue 22 Thus, the nozzle cross-section A R and simultaneously the narrowest flow area A EGR the exhaust gas recirculation line 16 certainly. In the case that the nozzle cross section A R with the lowest Aufstauwirkung for the exhaust gas has the largest value, according to the flow cross-section A EGR the exhaust gas recirculation line 16 be completely closed, if no amounts of recirculating exhaust gas in the corresponding operating ranges of the internal combustion engine 25 needed. In principle, however, diverse combinations of such coupled flow cross sections in the form of the nozzle cross section A R and the flow cross section A AGR are possible, which, for example via the adjusting ring with the tongue 22 can be adjusted in the form of a ring slide. Also the 7 shows the described double action of the tongue 22 which is in a rotational position in which the flow cross-section A AGR is fully open.

Die Verstelleinrichtung 20 beziehungsweise die Zunge 22 stellt somit nicht nur eine Möglichkeit dar, den Düsenquerschnitt AR einzustellen, sondern bietet auch die Funktionalität eines AGR-Ventils, welches es ermöglicht, unterschiedlicher AGR-Raten bedarfsgerecht einzustellen.The adjusting device 20 or the tongue 22 Thus, not only provides a way to adjust the nozzle cross section A R , but also provides the functionality of an EGR valve, which makes it possible to adjust different EGR rates as needed.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008039085 A1 [0002] DE 102008039085 A1 [0002]

Claims (6)

Verbrennungskraftmaschine (25) mit wenigstens einer Abgasrückführleitung (16), mittels welcher Abgas der Verbrennungskraftmaschine (25) von einer Abgasseite (52) auf eine Luftseite (54) der Verbrennungskraftmaschine (25) rückführbar ist, und mit einem eine Turbine (58) aufweisenden Abgasturbolader (56), welcher ein Turbinengehäuse (10) umfasst, in welchem ein Turbinenrad (18) der Turbine (58) aufgenommen ist, und welches zumindest einen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (25) durchströmbaren Spiralkanal (12, 14) aufweist, über welchen dem Turbinenrad (18) das Abgas zuführbar ist, wobei eine Verstelleinrichtung (20) der Turbine (58) vorgesehen ist, mittels welcher zumindest ein Düsenquerschnitt (AR) des Spiralkanals (12, 14) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Verstelleinrichtung (20) der Düsenquerschnitt (AR) des Spiralkanals (12, 14) und ein Durchströmquerschnitt (AAGR) der Rückführleitung (16) gemeinsam einstellbar sind.Internal combustion engine ( 25 ) with at least one exhaust gas recirculation line ( 16 ), by means of which exhaust gas of the internal combustion engine ( 25 ) from an exhaust side ( 52 ) on an air side ( 54 ) of the internal combustion engine ( 25 ) is traceable, and with a turbine ( 58 ) having exhaust gas turbocharger ( 56 ), which a turbine housing ( 10 ), in which a turbine wheel ( 18 ) of the turbine ( 58 ), and which at least one of exhaust gas of the internal combustion engine ( 25 ) through-flowable spiral channel ( 12 . 14 ) over which the turbine wheel ( 18 ) the exhaust gas can be supplied, wherein an adjusting device ( 20 ) of the turbine ( 58 ) is provided, by means of which at least one nozzle cross-section (A R ) of the spiral channel ( 12 . 14 ) is adjustable, characterized in that by means of the adjusting device ( 20 ) the nozzle cross-section (A R ) of the spiral channel ( 12 . 14 ) and a flow area (A AGR ) of the return line ( 16 ) are adjustable together. Verbrennungskraftmaschine (25) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse (10) zumindest einen weiteren Spiralkanal (12, 14) aufweist, über welchen dem Turbinenrad (18) Abgas der Verbrennungskraftmaschine (25) zuführbar ist.Internal combustion engine ( 25 ) according to claim 1, characterized in that the turbine housing ( 10 ) at least one further spiral channel ( 12 . 14 ) over which the turbine wheel ( 18 ) Exhaust gas of the internal combustion engine ( 25 ) can be fed. Verbrennungskraftmaschine (25) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiralkanal (12, 14) und/oder gegebenenfalls der weitere Spiralkanal (12, 14) als Vollspiralkanal (12), insbesondere mit einem Umschlingungswinkel (φS) von größer als 350 Grad, und/oder als Teilspiralkanal (14), insbesondere mit einem Umschlingungswinkel (φS) in einem Bereich von einschließlich 350 Grad bis einschließlich 30 Grad, ausgebildet ist bzw. sind.Internal combustion engine ( 25 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the spiral channel ( 12 . 14 ) and / or optionally the further spiral channel ( 12 . 14 ) as a full spiral channel ( 12 ), in particular with a wrap angle (φ S ) of greater than 350 degrees, and / or as a partial spiral channel ( 14 ), in particular with a wrapping angle (φ S ) in a range of including 350 degrees to and including 30 degrees, is formed or are. Verbrennungskraftmaschine (25) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (20) wenigstens einen Versperrkörper (22) umfasst, welcher im Wesentlichen rotatorisch bewegbar ist und mittels welchem der Düsenquerschnitt (AR) des Spiralkanals (12, 14) und der Durchströmquerschnitt (AAGR) der Rückführleitung (16) gemeinsam einstellbar sind.Internal combustion engine ( 25 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device ( 20 ) at least one locking body ( 22 ), which is essentially rotationally movable and by means of which the nozzle cross section (A R ) of the spiral channel (A R ) 12 . 14 ) and the flow area (A AGR ) of the return line ( 16 ) are adjustable together. Verbrennungskraftmaschine (25) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (20) zwischen einer den Düsenquerschnitt (AR) des Spiralkanals (12, 14) und/oder gegebenenfalls des weiteren Spiralkanals (12, 14) im Wesentlichen verschließenden Schließstellung und einer den Düsenquerschnitt (AR) des Spiralkanals (12, 14) und/oder gegebenenfalls des weiteren Spiralkanals (12, 14) zumindest bereichsweise freigebenden Offenstellung verstellbar ist.Internal combustion engine ( 25 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device ( 20 ) between a nozzle cross-section (A R ) of the spiral channel ( 12 . 14 ) and / or optionally the further spiral channel ( 12 . 14 ) substantially occluding closed position and the nozzle cross-section (A R ) of the spiral channel ( 12 . 14 ) and / or optionally the further spiral channel ( 12 . 14 ) at least partially releasing open position is adjustable. Verbrennungskraftmaschine (25) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (20) zwischen einer den Durchströmquerschnitt (AAGR) der Rückführleitung (16) im Wesentlichen verschließenden Schließstellung und einer den Durchströmquerschnitt (AAGR) der Rückführleitung (16) zumindest bereichsweise freigebenden Offenstellung verstellbar ist.Internal combustion engine ( 25 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device ( 20 ) between a flow cross-section (A AGR ) of the return line ( 16 ) substantially closing the closed position and the flow cross-section (A AGR ) of the return line ( 16 ) at least partially releasing open position is adjustable.
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