DE102011116871A1 - Variabler zweiflutiger Abgaskrümmer - Google Patents

Abstract

Variabler zweiflutiger Abgaskrümmer erhöht den Ladedruck bei Turbomotoren im unteren Drehzahlbereich von 900–ca. 2000 U/min. Die Strömungsgeschwindigkeit längs einer Strömungszone verhält sich umgekehrt proportional zu den zugehörigen Querschnittsflächen. Verkleinerung der Querschnittsfläche im variablen Abgaskrümmer, dadurch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im unteren Teillastbereich. Otto- und Dieselmotoren mit Abgasturboaufladung.

Description

• Ein charakteristisches Merkmal eines Abgasturboladers im Verbund mit einem Hubkolbenmotor ist es, im unteren Drehzahl- und Lastbereich zu wenig komprimierte Luft zur Verfügung zustellen. Eine solche Ladedruckcharakteristik führt zu einer Drehmomentschwäche im unteren Drehzahlbereich. Diese Motoren haben dann den Nachteil im instationären Betrieb, also beim plötzlichen Beschleunigen, sehr träge zu reagieren. Diesen Betriebsbereich nennt man das Turboloch. Mit der Entwicklung der variablen Turbinengeometrie und der Vierventiltechnik konnte das Ansprechverhalten verbessert werden, jedoch bleibt ein Entwicklungspotential. In der Konstruktion stellt jeder Turbolader eine Kompromisslösung dar. Für den unteren Drehzahlbereich muss der Turbolader möglichst klein und das Laufzeug mit geringer Massenträgheit sein. Im Volllastbereich hingegen muss der Turbolader ausreichend groß sein, um genügend Luftdrucksatz und somit Ladedruck für maximale Leistung aufzubauen. Um diesen baulichen Kompromiss wegzumachen, ist es erforderlich Bauteile anzupassen, wie zum Beispiel den Abgaskrümmer. Die bislang unveränderlichen Querschnitte beim Abgaskrümmer mit dem dazugehörigen Volumen sind auf größtmögliche Zylinderfüllung und somit größtmöglichen Volumenstrom ausgelegt. Nun variiert der Volumenstrom (Luftdrucksatz) zwischen Leerlauf und Volllast aber sehr stark, was veränderliche Querschnitte zur Folge hätte. In einem vom Querschnitt her veränderlichen Abgaskrümmer ist der aus dem Zylinder tretende Volumenstrom gezwungen mit mehr Energie auf das Turbinenrad zu treffen, ohne wie bislang üblich, in ein großes Krümmervolumen zu expandieren (fallender Druck). Die Folge ist eine höhere Turbinendrehzahl und auf der Verdichterseite ein größerer Luftdrucksatz. Beschrieben wird hier ein zweiflutiger Abgaskrümmer mit zwei unterschiedlich großen Kanalquerschnitten je Zylinder. Der kleine Kanalquerschnitt ist vorgesehen für Drehzahlen von 900–ca. 2000 U/min. Beide Kanalquerschnitte zusammen dienen für Drehzahlen darüber. Im großen Kanalquerschnitt ist eine unmittelbar am Flansch zum Zylinderkopf integrierte Abgasklappe verbaut. Die Lagerwelle der Abgasklappe ist in einem Gehäuseanguss untergebracht. Zur Aufnahme der Abgasklappe in Ruhestellung ist eine Vertiefung in der Krümmerinnenwandung eingefräst. In der Ruhestellung ist der große Kanalquerschnitt geöffnet. Der Kanalquerschnitt wird durch die Abgasklappe in dieser Lage nicht verengt. Im geschlossenen Zustand (Arbeitsstellung) verdeckt die Abgasklappe den Zufluss zum großen Kanal. In diesem Betriebsbereich werden die Abgase über den kleinen Kanalquerschnitt auf das Turbinenrad geleitet. Bei ausreichender mechanischer Vorspannung (Federspannung) des Verstellmechanismus wird die Abgasklappe in Ruhestellung gegen das Krümmergehäuse gehalten, was eine gute Wärmeableitung sicherstellt. Der kleine Kanalquerschnitt hat eine Ellipsen-Form. Der große Kanalquerschnitt hat eine Halbmond-Fomn. Um nun eine ausreichende Beweglichkeit und Dichtheit der Abgasklappe in Arbeitsstellung zu gewährleisten, ist die Anpassung der Krümmerwandung durch Fräsen oder Freidrehen erforderlich. Die Betätigung der Abgasklappe kann pneumatisch oder elektrisch erfolgen. Eine Ansteuerung erfolgt durch das Motorsteuergerät. Beim Erlöschen des Leerlaufsignals wird der große Kanalquerschnitt geschlossen und bei ca. 2000 U/min wieder geöffnet. Mit einer gleichzeitigen Erhöhung der Einspritzmenge ist eine weitere Verkleinerung des Turboloches zu erwarten.

Claims (6)

1. Variabler zweiflutiger Abgaskrümmer mit einem großen und einem kleinen Kanalquerschnitt je Motorzylinder.
2. Offener kleiner Kanalquerschnitt und geschlossener großer Kanalquerschnitt für Drehzahlen von 900–ca. 2000 U/min.
3. Offener kleiner und großer Kanalquerschnitt für Drehzahlen über ca. 2000 U/min.
4. Anordnung der Abgasklappe im großen Kanalquerschnitt in unmittelbarer Nähe zum Zylinderkopf.
5. Zwischenflansch mit Abgasklappe zum Verschließen des großen Kanalquerschnittes.
6. Zwischenflansch mit Abgasklappe und Anschluss am Kühlkreislauf.

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