Die Erfindung betrifft ein Leitgitter für eine Turbine eines Abgasturboladers nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Turbine für einen Abgasturbolader nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 7.The invention relates to a guide grid for a turbine of an exhaust gas turbocharger according to the preamble of patent claim 1 and to a turbine for an exhaust gas turbocharger according to the preamble of patent claim 7.
Aus dem Serienbau von Verbrennungskraftmaschinen ist es bekannt, Abgasturbolader zum Aufladen der Verbrennungskraftmaschinen zu verwenden. Die Abgasturbolader umfassen jeweils eine Turbine und einen Verdichter. Die Turbine ist von Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbar. Über die Turbine kann der Verdichter angetrieben werden, um somit der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft zu verdichten. Dadurch kann im Abgas der Verbrennungskraftmaschine enthaltene Energie genutzt werden, so dass sich der Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen gering halten lassen.From the serial production of internal combustion engines, it is known to use exhaust gas turbocharger for charging the internal combustion engines. The exhaust gas turbochargers each include a turbine and a compressor. The turbine is driven by exhaust gas of the internal combustion engine. About the turbine, the compressor can be driven, thus compressing the internal combustion engine air supplied. As a result, energy contained in the exhaust gas of the internal combustion engine can be used, so that fuel consumption and CO 2 emissions can be kept low.
Zur Realisierung besonders geringer Kraftstoffverbräuche und damit geringer CO2-Emissionen werden die Verbrennungskraftmaschinen nach dem so genannten Downsizing-Prinzip ausgestaltet. Hierbei weisen die Verbrennungskraftmaschinen ein sehr geringes Motorhubvolumen auf, können jedoch aufgrund der Verdichtung der Luft relativ hohe spezifische Drehmomente und Leistungen bereitstellen. Wegen der hohen spezifischen Leistungen wachsen Anforderungen an die Abgasturbolader und insbesondere an deren Turbinen. Eine nicht unerhebliche Herausforderung ist dabei die Realisierung eines guten Instationärverhaltens der Turbinen, so dass die Verbrennungskraftmaschinen ein gutes Fahrverhalten aufweist.To realize particularly low fuel consumption and thus lower CO 2 emissions, the internal combustion engines are designed according to the so-called downsizing principle. Here, the internal combustion engines have a very small engine displacement, but can provide relatively high specific torques and power due to the compression of the air. Because of the high specific power requirements on the turbocharger and especially on their turbines are growing. A not inconsiderable challenge is the realization of a good instationary behavior of the turbines, so that the internal combustion engines have a good drivability.
Bei Ottomotoren wie auch bei Dieselmotoren werden dabei Turbinen mit variablen Turbinengeometrien eingesetzt, um die Turbinen an unterschiedliche Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine anpassen zu können. Im Vergleich zu einem Dieselmotor muss eine variable Turbine bei einem Ottomotor prinzipbedingt jedoch eine besonders große Durchsatzspreizung aufweisen. Insbesondere zur Darstellung eines akzeptablen Instationärverhaltens, beispielsweise bei einer Fahrzeugbeschleunigung, ist es von Vorteil, insbesondere im Turbinenbetriebsbereich kleiner Durchsatzkennwerte, d. h. bei relativ geringen Strömungsqueerschnitten der Turbine, möglichst hohe Turbinenwirkungsgrade zu erzielen.In gasoline engines as well as diesel engines turbines with variable turbine geometries are used to adjust the turbines to different operating points of the internal combustion engine can. In contrast to a diesel engine, a variable turbine in a gasoline engine, however, inherently have a particularly large throughput spread. In particular, for representing an acceptable instationary behavior, for example in the case of vehicle acceleration, it is advantageous, in particular in the turbine operating range, to use small throughput characteristics, ie. H. At relatively low Strömungsqueerschnitten the turbine to achieve the highest possible turbine efficiencies.
Die EP 1 301 689 B1 offenbart eine Turbine eines Abgasturboladers, mit einem Turbinengehäuse. Das Turbinengehäuse weist einen Aufnahmeraum zur Aufnahme eines Turbinenrads sowie eine von Abgas durchströmbare Flut auf.The EP 1 301 689 B1 discloses a turbine of an exhaust gas turbocharger, with a turbine housing. The turbine housing has a receiving space for receiving a turbine wheel as well as a flood through which exhaust gas can flow.
Die Turbine umfasst ferner ein in axialer Richtung verschiebbares Leitgitter, mittels welchem das aus der Flut zu dem Turbinenrad strömende Abgas entsprechend geleitet werden kann. Diese Turbine weist einen nur uneffizienten Betrieb auf.The turbine further comprises a slidable in the axial direction of the guide grid, by means of which the exhaust gas flowing from the flood to the turbine wheel can be passed accordingly. This turbine has an inefficient operation.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leitgitter für eine Turbine eines Abgasturboladers bereitzustellen, welches einen besonders effizienten Betrieb der Turbine ermöglicht. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbine für einen Abgasturbolader bereitzustellen, welche einen besonders effizienten Betrieb aufweist.It is therefore an object of the present invention to provide a guide grid for a turbine of an exhaust gas turbocharger, which enables a particularly efficient operation of the turbine. It is a further object of the present invention to provide a turbine for an exhaust gas turbocharger, which has a particularly efficient operation.
Diese Aufgabe wird durch ein Leitgitter für eine Turbine eines Abgasturboladers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Turbine für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a guide grid for a turbine of an exhaust gas turbocharger with the features of patent claim 1 and by a turbine for an exhaust gas turbocharger with the features of patent claim 7. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.
Der erste Aspekt der Erfindung betrifft ein Leitgitter für eine Turbine eines Abgasturboladers, mit einer Mehrzahl von in einem Leitbereich des Leitgitters angeordneten Leitelementen. Mittels der Leitelemente ist die Turbine durchströmendes Abgas im Leitbereich des Leitgitters ableitbar.The first aspect of the invention relates to a guide grid for a turbine of an exhaust gas turbocharger, having a plurality of guide elements arranged in a guide region of the guide grid. By means of the guide elements, the exhaust gas flowing through the turbine can be diverted in the guide region of the guide grid.
Erfindungsgemäß sind in dem Leitbereich bezogen auf die axiale Richtung des Leitgitters bzw. der Turbine ein erster Längenbereich und wenigstens ein sich in axialer Richtung daran anschließender zweiter Längenbereich vorgesehen, in welchen die Leitelemente jeweils hinsichtlich ihrer aerodynamischen Eigenschaften unterschiedlich ausgebildet sind. Bei den Leitelementen handelt es sich beispielsweise um jeweilige Profile aufweisende Leitschaufeln. Mit anderen Worten weist bei dem erfindungsgemäßen Leitgitter jedes Leitelement für sich betrachtet im ersten Längenbereich andere aerodynamische Eigenschaften auf als im zweiten Längenbereich. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte Anströmung des Turbinenrads von dem Abgas mittels des erfindungsgemäßen Leitgitters realisierbar, was zu einem effizienten Betrieb der Turbine führt. Daraus resultiert ein nur geringer Kraftstoffverbrauch sowie geringe CO2-Emissionen einer der erfindungsgemäßen Turbine zugeordneten Verbrennungskraftmaschine.According to the invention, a first longitudinal region and at least one second longitudinal region adjacent thereto in the axial direction are provided in the guide region relative to the axial direction of the guide grid or the turbine, in which the guide elements are each designed differently with regard to their aerodynamic properties. The guide elements are, for example, guide vanes having respective profiles. In other words, in the case of the guide grid according to the invention, each guide element, viewed individually, has different aerodynamic properties in the first length range than in the second length range. Thereby, a particularly advantageous flow of the turbine wheel of the exhaust gas by means of the guide grid according to the invention can be realized, resulting in efficient operation of the turbine. This results in only a low fuel consumption and low CO 2 emissions of an internal combustion engine associated with the turbine according to the invention.
Insbesondere ist es mittels des erfindungsgemäßen Leitgitters möglich, eine vorteilhafte Drallerzeugung zu realisieren und somit für einen günstigen Eintrittsdrall am Eintritt des Turbinenrads zu sorgen.In particular, it is possible by means of the guide grid according to the invention to realize an advantageous swirl generation and thus to ensure a favorable entrance swirl at the inlet of the turbine wheel.
Vorzugsweise sind die Längenbereiche mittels eines Trennelements des Leitgitters in axialer Richtung voneinander fluidisch getrennt. Daraus resultiert eine besonders vorteilhafte Anströmung des Turbinenrads. Das Trennelement kann dabei separat von den Leitelementen oder einstückig mit diesen ausgebildet sein.The length regions are preferably fluidly separated from one another in the axial direction by means of a separating element of the guide grid. This results in a particularly advantageous flow of the Turbine wheel. The separating element can be formed separately from the guide elements or in one piece with these.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind die Leitelemente über das Trennelement miteinander verbunden und auf jeweiligen, dem Trennelement abgewandten Stirnseiten der Leitelemente in Umfangsrichtung des Leitgitters voneinander separat ausgebildet. Dies bedeutet, dass das Leitgitter auf den von dem Trennelement abgewandten Stirnseiten der Leitelemente, d. h. – bezogen auf einen in einem Turbinengehäuse der Turbine verbauten Zustand des Leitgitters – offen ausgebildet ist. Dadurch ist eins besonders kostengünstige Herstellung des insbesondere einstückigen Leitgitters möglich. Insbesondere kann das Leitgitter als Gussbauteil mittels eines Gussverfahrens, insbesondere eines Feingussverfahrens, eines Metallpulver-Spritzguss-Verfahrens (MIM) oder dergleichen wirtschaftlich hergestellt werden und bietet, unter gegebenen Randbedingungen, den Freiheitsgrad, die Leitelemente in beiden Längenbereichen bedarfsgerecht auszugestalten und hinsichtlich ihrer aerodynamischen Eigenschaften entsprechend auszubilden.In a further advantageous embodiment, the guide elements are connected to one another via the separating element and formed separately on each, the separator facing away from end faces of the guide elements in the circumferential direction of the guide grid. This means that the guide grid on the side facing away from the partition end faces of the guide elements, d. H. - Based on a built-in a turbine housing of the turbine state of the guide grille - is open. As a result, a particularly cost-effective production of the particular one-piece guide grid is possible. In particular, the guide grid can be produced economically as a cast component by means of a casting method, in particular a precision casting method, a metal powder injection molding (MIM) or the like and offers, under given boundary conditions, the degree of freedom to design the guide elements in both length ranges as required and in terms of their aerodynamic properties to train accordingly.
Dabei können beispielsweise unterschiedliche Leitelementkonturen, insbesondere Leitschaufelkonturen, ausgebildet werden. Ebenso ist es möglich, dass sich eine erste Anzahl an im ersten Längenbereich angeordneten ersten Leitelementteilen der Leitelemente von einer zweiten Anzahl an im zweiten Längenbereich angeordneten zweiten Leitelementteilen der Leitelemente unterscheidet. Mit anderen Worten sind im ersten Längenbereich mehr oder weniger Leitelementteile zum Leiten des Abgases vorgesehen als im zweiten Längenbereich.In this case, for example, different guide element contours, in particular guide blade contours, can be formed. It is likewise possible that a first number of first guide element parts of the guide elements arranged in the first longitudinal area differs from a second number of second guide element parts of the guide elements arranged in the second longitudinal area. In other words, more or fewer guide element parts are provided for guiding the exhaust gas in the first longitudinal region than in the second longitudinal region.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Leitelemente in wenigstens einem der Längenbereiche, insbesondere im zweiten Längenbereich, als dreidimensionale Beschaufelung (3D-Beschaufelung) ausgebildet sind. Dadurch sind besonders vorteilhafte aerodynamische Eigenschaften realisierbar insbesondere hinsichtlich einer vortelihaften Anpassung von Abströmwinkeln aus dem Leitgitter hin zum Eintritt eines im Turbinengehäuse angeordneten Turbinenrads der Turbine.Alternatively or additionally, it is possible that the guide elements in at least one of the length ranges, in particular in the second length range, are designed as three-dimensional blading (3D blading). As a result, particularly advantageous aerodynamic properties can be realized, in particular with regard to an advantageous adaptation of outflow angles from the guide grid to the entry of a turbine wheel of the turbine arranged in the turbine housing.
Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft eine Turbine für einen Abgasturbolader mit einem Turbinengehäuse, welches einen Aufnahmeraum zur Aufnahme eines Turbinenrads und wenigstes eine von Abgas durchströmbare Flut aufweist. Von der Flut ist das Abgas über einen mit der Flut fluidisch verbundenen Zuführkanal in den Aufnahmeraum leitbar.The second aspect of the invention relates to a turbine for an exhaust gas turbocharger with a turbine housing, which has a receiving space for receiving a turbine wheel and at least one of exhaust gas can flow through the flood. From the flood, the exhaust gas via a fluidically connected to the flow supply channel into the receiving space can be conducted.
Erfindungsgemäß ist in dem Turbinengehäuse ein relativ zum Turbinengehäuse festes, erfindungsgemäßes Leitgitter aufgenommen, dessen Leitelemente im Leitbereich in den Zuführkanal ragen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Somit ist mittels des erfindungsgemäßen Leitgitters eine besonders vorteilhafte Anströmung des Turbinenrads im Aufnahmeraum möglich, da mittels des erfindungsgemäßen Leitgitters insbesondere ein strömungsgünstiger Eintrittsdrall am Eintritt des Turbinenrads bzw. des Aufnahmeraums erzeugt werden kann.According to the invention, a guide grid, which is fixed relative to the turbine housing, is accommodated in the turbine housing, the guide elements of which project into the feed channel in the guide region. Advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa. Thus, a particularly advantageous flow of the turbine wheel in the receiving space is possible by means of the guide grid according to the invention, since by means of the guide grid according to the invention, in particular a streamlined entrance swirl can be generated at the inlet of the turbine wheel or the receiving space.
Ist beispielsweise ein in axialer Richtung der Turbine relativ zum Turbinengehäuse verschiebbares Schieberelement vorgesehen, mittels welchem ein Strömungsquerschnitt des Zuführkanals variabel einstellbar ist, so kann dadurch die erfindungsgemäße Turbine an unterschiedliche Betriebspunkte und Betriebsbereiche einer ihr zugeordneten Verbrennungskraftmaschine angepasst werden.If, for example, a slide element which is displaceable relative to the turbine housing in the axial direction is provided, by means of which a flow cross section of the feed channel is variably adjustable, then the turbine according to the invention can be adapted to different operating points and operating ranges of an associated internal combustion engine.
Vorzugsweise ist mittels des Axialschiebers das Leitgitter bzw. dessen Leitelemente bezogen auf die radiale Richtung der Turbine lediglich auf einer Seite abdeckbar. Mit anderen Worten sind die Leitelemente des Leitgitters in Strömungsrichtung des Abgases von der Flut über den Zuführkanal zu dem Turbinenraum vorzugsweise lediglich stromauf der Leitelemente mittels des Schieberelements abdeckbar. Dadurch können Sekundärströmungsverluste vermieden oder zumindest sehr gering gehalten werden, da die Leitelemente nicht in eine Matrize des Schieberelements beim Verengen des Strömungsquerschnitts des Zuführkanals eintauchen, sondern lediglich auf der einen Seite abgedeckt werden bzw. abdeckbar sind.Preferably, by means of the axial slide, the guide grid or its guide elements with respect to the radial direction of the turbine can be covered only on one side. In other words, the guide elements of the guide grid in the flow direction of the exhaust gas from the flood via the feed channel to the turbine chamber preferably only upstream of the guide elements by means of the slide element can be covered. As a result, secondary flow losses can be avoided or at least kept very low, since the guide elements are not immersed in a die of the slide element when narrowing the flow cross-section of the feed channel, but are covered only on one side or can be covered.
Das Schieberelement ist dabei zwischen einer den Strömungsquerschnitt des Zuführkanals maximal verengenden Schließstellung und einer den Strömungsquerschnitt des Zuführkanals maximal freigebenden Offenstellung verschiebbar. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Schieberelement in der Schließstellung den zweiten Längenbereich fluidisch abdeckt und die Leitelemente in der Schließstellung lediglich im ersten Längenbereich freigegeben werden. In der Offenstellung ist dabei der erste Längenbereich freigegeben. Auch ist in der Offenstellung der zweite Längenbereich zumindest teilweise freigegeben.The slide element is displaceable between a closed position which maximally narrows the flow cross section of the feed channel and an open position which maximally opens the flow cross section of the feed channel. It is preferably provided that, in the closed position, the slide element fluidly covers the second length region and the guide elements are released in the closed position only in the first longitudinal region. In the open position while the first length range is released. Also, in the open position, the second length range is at least partially released.
Dies bedeutet, dass das Abgas in der Schließstellung des Schieberelements die Leitelemente lediglich im ersten Längenbereich umströmen kann, während das Abgas in der Offenstellung die Leitelemente im ersten Längenbereich sowie wenigstens teilweise im zweiten Längenbereich umströmen kann.This means that the exhaust gas in the closed position of the slide element can flow around the guide elements only in the first length range, while the exhaust gas in the open position can flow around the guide elements in the first length range and at least partially in the second length range.
Durch die unterschiedlichen aerodynamischen Eigenschaften der Leitelemente in den beiden Längenbereichen ist es dabei möglich, bei der Bewegung des Schieberelements aus der Schließstellung in die Offenstellung einen unerwünschten Einbruch der Drallerzeugung und einen damit einhergehenden unerwünschten Einbruch der von der Turbine bereitgestellten Turbinenleistung zu vermeiden oder in sehr geringen Grenzen zu halten. Dies kommt dem effizienten Betrieb und dem Fahrverhalten der Verbrennungskraftmaschine zugute. Due to the different aerodynamic properties of the guide elements in the two length ranges, it is possible to avoid an unwanted slump in swirl generation and a concomitant unwanted slump in the turbine power provided by the turbine during the movement of the slide element from the closed position to the open position or in very small To keep borders. This benefits the efficient operation and driveability of the internal combustion engine.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. 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 preferred embodiments and from the drawing. 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 indicated combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Dabei dienen die 1a bis 6b zur Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung.The serve 1a to 6b to explain the background of the invention.
Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:
1a eine schematische Längsschnittansicht einer Turbine eines Abgasturboladers für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens; 1a a schematic longitudinal sectional view of a turbine of an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle;
1b ausschnittsweise eine schematische Querschnittansicht der Turbine gemäß 1a; 1b a schematic cross-sectional view of the turbine according to FIG 1a ;
2 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Turbine gemäß den 1a–b; 2 1 is a schematic longitudinal sectional view of a further embodiment of the turbine according to FIGS 1a -b;
3 eine schematische Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Turbine gemäß 2; 3 a schematic cross-sectional view of another embodiment of the turbine according to 2 ;
4 eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen der Drallerzeugung und der Bewegung eines axial beweglichen Schieberelements der Turbine gemäß 2; 4 a schematic diagram illustrating the relationship between the swirl generation and the movement of an axially movable slide element of the turbine according to 2 ;
5a–b jeweils ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der Turbine gemäß 2; 5a FIG. 1b shows a detail of a schematic longitudinal sectional view of the turbine according to FIG 2 ;
6a–b jeweils ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Turbine gemäß den 5a–b; 6a FIG. 1b in each case a detail of a schematic longitudinal sectional view of a further embodiment of a turbine according to FIGS 5a -b;
7a eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Turbine gemäß 1a; 7a a schematic longitudinal sectional view of another embodiment of the turbine according to 1a ;
7b ausschnittsweise eine weitere schematische Längsschnittansicht der Turbine gemäß 7a; 7b in sections, a further schematic longitudinal sectional view of the turbine according to 7a ;
7c eine schematische Perspektivansicht eines Leitgitters der Turbine gemäß den 7a–b; 7c a schematic perspective view of a guide grid of the turbine according to the 7a -b;
8a–b jeweils eine schematische Längsschnittansicht einer Ausführungsform eines Leitgitters gemäß 7c; 8a B is a schematic longitudinal sectional view of an embodiment of a guide grid according to 7c ;
8c ausschnittsweise eine schematische Draufsicht eines Leitgitters gemäß den 8a–b; 8c a schematic plan view of a Leitgitters according to the 8a -b;
9 eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen einem Abstand von Leitschaufeln des Leitgitters gemäß den 8a–c und einer Breite einer Düse einer Turbine gemäß den 7a–c, über welche Abgas von einer Flut der Turbine in einen Aufnahmeraum zur Aufnahme eines Turbinenrads überströmt; 9 a schematic diagram for illustrating the relationship between a distance of vanes of the guide grid according to the 8a C and a width of a nozzle of a turbine according to the 7a C, via which exhaust gas from a flood of the turbine flows into a receiving space for receiving a turbine wheel;
10 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Turbine gemäß den 7a–c; 10 1 is a schematic longitudinal sectional view of a further embodiment of the turbine according to FIGS 7a c;
11 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht eines Leitgitters gemäß 7c; 11 a schematic plan view of a Leitgitters according to 7c ;
12 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Turbine gemäß 7a; 12 a fragmentary longitudinal sectional view of a further embodiment of the turbine according to 7a ;
13 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Turbine gemäß 12; 13 a fragmentary longitudinal sectional view of a further embodiment of the turbine according to 12 ;
14 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der Turbine gemäß 12; 14 in sections, a schematic longitudinal sectional view of the turbine according to 12 ;
15 ausschnittsweise eine schematische Querschnittansicht der Turbine gemäß 14 entlang der in der 14 gezeigten Schnittlinie X-X; 15 a schematic cross-sectional view of the turbine according to FIG 14 along in the 14 shown section line XX;
16 ausschnittsweise eine weitere schematische Längsschnittansicht der Turbine gemäß 14; 16 in sections, a further schematic longitudinal sectional view of the turbine according to 14 ;
17 ausschnittsweise eine schematische Querschnittansicht der Turbine gemäß 16 entlang der in der 16 gezeigten Schnittlinie X2-X2; 17 a schematic cross-sectional view of the turbine according to FIG 16 along in the 16 shown section line X2-X2;
18 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Turbine gemäß 7a; 18 a schematic longitudinal sectional view of a further embodiment of a turbine according to FIG 7a ;
19 eine schematische Perspektivansicht des Leitgitters der Turbine gemäß 18 19 a schematic perspective view of the guide rail of the turbine according to 18
20 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Leitgitters gemäß 19; 20 a schematic longitudinal sectional view of a further embodiment of the guide grid according to FIG 19 ;
21 eine schematische Perspektivansicht des Leitgitters gemäß 20; 21 a schematic perspective view of the guide grid according to 20 ;
22 eine schematische Perspektivansicht eines Trennelements für das Leitgitter gemäß den 20 und 21; 22 a schematic perspective view of a separating element for the guide grid according to the 20 and 21 ;
23 eine schematische Draufsicht des Trennelements gemäß 22; 23 a schematic plan view of the separating element according to 22 ;
24a eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform des Leitgitters gemäß 21; 24a a schematic perspective view of another embodiment of the guide grid according to 21 ;
24b eine weitere schematische Perspektivansicht des Leitgitters gemäß 24a; 24b a further schematic perspective view of the guide grid according to 24a ;
24c eine schematische Längsschnittansicht des Leitgitters gemäß den 24a–b; 24c a schematic longitudinal sectional view of the guide grid according to the 24a -b;
25a eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Turbine gemäß 7a; 25a a schematic longitudinal sectional view of another embodiment of the turbine according to 7a ;
25b ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der Turbine gemäß 25a; 25b in sections, a schematic longitudinal sectional view of the turbine according to 25a ;
26a eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform des Leitgitters gemäß 24a; 26a a schematic perspective view of another embodiment of the guide grid according to 24a ;
26b eine schematische Perspektivansicht des Leitgitters gemäß 26a; 26b a schematic perspective view of the guide grid according to 26a ;
27 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Turbine gemäß 7a mit dem Leitgitter gemäß den 26a–b; 27 a fragmentary longitudinal sectional view of a further embodiment of the turbine according to 7a with the guide grid according to the 26a -b;
28a eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform des Leitgitters gemäß 26a; 28a a schematic perspective view of another embodiment of the guide grid according to 26a ;
28b eine schematische Perspektivansicht eines Zentrierelements zur Zentrierung des Leitgitters gemäß 28; 28b a schematic perspective view of a centering element for centering the guide grid according to 28 ;
29 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Turbine gemäß 7a mit dem Zentrierelement gemäß 28b und dem Leitgitter gemäß 28a; 29 a fragmentary longitudinal sectional view of a further embodiment of the turbine according to 7a with the centering according to 28b and the guide grid according to 28a ;
30 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform des Leitgitters gemäß 28a; 30 a schematic perspective view of another embodiment of the guide grid according to 28a ;
31 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform des Zentrierelements gemäß 28b; 31 a schematic perspective view of another embodiment of the centering according to 28b ;
32 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Turbine gemäß 7a mit dem Leitgitter gemäß 30 und dem Zentrierelement gemäß 31; und 32 a fragmentary longitudinal sectional view of a further embodiment of the turbine according to 7a with the guide grid according to 30 and the centering according to 31 ; and
33 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Turbine gemäß 32, wobei das Zentrierelement als Hitzeschild ausgebildet ist. 33 a fragmentary longitudinal sectional view of a further embodiment of the turbine according to 32 , wherein the centering element is designed as a heat shield.
Die 1a zeigt eine Turbine 10 für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen. Die Turbine 10 umfasst ein Turbinengehäuse 12, welches einen Aufnahmeraum 14 aufweist. In dem Aufnahmeraum 14 ist ein Turbinenrad 9 der Turbine 10 um eine Drehachse 16 relativ zu dem Turbinengehäuse 12 drehbar aufgenommen. Die Turbine 10 umfasst ein auf einer Lagergehäuseseite der Turbine 10 angeordnetes Leitgitter 1, welches eine Mehrzahl von Leitschaufeln 18 umfasst.The 1a shows a turbine 10 for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine for a motor vehicle. The turbine 10 includes a turbine housing 12 which is a recording room 14 having. In the recording room 14 is a turbine wheel 9 the turbine 10 around a rotation axis 16 relative to the turbine housing 12 rotatably received. The turbine 10 includes a on a bearing housing side of the turbine 10 arranged Leitgitter 1 which is a plurality of vanes 18 includes.
Das Turbinengehäuse 12 weist ferner einen Zuströmkanal 4 auf, welcher von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. Der Zuströmkanal 4 wird auch als Volute bezeichnet und erstreckt sich in Umfangsrichtung des Turbinenrads 9 über dessen Umfang zumindest im Wesentlichen spiralförmig. Mit dem Zuströmkanal 4 ist ein als Zuführkanal 5 bezeichneter Strömungskanal fluidisch verbunden. Über den Zuführkanal 5 wird das den Zuströmkanal 4 durchströmende Abgas zu dem Aufnahmeraum 14 und dem Turbinenrad 9 geleitet. Der Zuführkanal 5 kann auch als Düse bezeichnet werden. Durch einen effektiven Querschnitt des Zuführkanals 5, d. h. durch dessen Düsenbreite b, wird das Aufstauverhalten der Turbine 10 bestimmt.The turbine housing 12 also has an inflow channel 4 on which of the exhaust gas of the internal combustion engine can be flowed through. The inflow channel 4 is also referred to as a volute and extends in the circumferential direction of the turbine wheel 9 over its circumference at least substantially spiral. With the inflow channel 4 is as a feed channel 5 designated flow channel fluidly connected. About the feed channel 5 this will be the inflow channel 4 flowing exhaust gas to the receiving space 14 and the turbine wheel 9 directed. The feed channel 5 can also be referred to as a nozzle. Through an effective cross section of the feed channel 5 , ie by the nozzle width b, the Aufstauverhalten the turbine 10 certainly.
Dabei ist der effektive Querschnitt des Zuführkanals 5 bei der Turbine 10 variabel einstellbar. Dazu umfasst die Turbine 10 einen Axialschieber 2 mit einer Matrize 3, in welche die Leitschaufeln 18 eintauchen können.Here is the effective cross section of the feed channel 5 at the turbine 10 variably adjustable. This includes the turbine 10 an axial slide 2 with a die 3 into which the vanes 18 can dive.
Der Axialschieber 2 kann in axialer Richtung der Turbine 10 relativ zu dem Turbinengehäuse 12 verschoben werden und ist zwischen einer den effektiven Querschnitt des Zuführkanals 5 maximal verengenden Schließstellung (erster Endanschlag) und einer den effektiven Querschnitt des Zuführkanals 5 maximal freigebenden Offenstellung (zweiter Endanschlag) verschiebbar. Zum Verschieben des Axialschiebers 2 und um somit das Aufstauverhalten der Turbine 10 zu variieren, ist eine Verstellmechanik 6 vorgesehen, die in einem Verstellraum 7 aufgenommen ist.The axial slide 2 can be in the axial direction of the turbine 10 relative to the turbine housing 12 be moved between one and the effective cross-section of the feed channel 5 maximum narrowing closed position (first end stop) and the effective cross section of the feed channel 5 maximum releasing open position (second end stop) displaceable. To move the axial slide 2 and thus the Aufstauverhalten the turbine 10 to vary is an adjustment mechanism 6 provided in a storage room 7 is included.
Um die Verstellbarkeit des Axialschiebers 2 während des Betriebs der Turbine 10 zu gewährleisten, ist zwischen dem Leitgitter 1 bzw. den Leitschaufeln 18 und der Matrize 3 umlaufend ein Funktionsspalt 8 vorgesehen. Der umlaufende Funktionsspalt 8 kann jedoch zu Sekundärströmungsverlusten am Leitgitter 1 führen, d. h. ein Teil des Abgasmassenstroms strömt nicht – wie gewünscht – durch das Leitgitter 1 bzw. über die Leitschaufeln 18 gerichtet auf das Turbinenrad 9, sondern strömt über den umlaufenden Funktionsspalt 8 ungerichtet auf das Turbinenrad 9. Diese Fehlanströmung führt zwangsläufig zu unerwünscht geringen Turbinenwirkungsgraden, besonders in Betriebsbereichen kleiner Turbinendurchsatzkennwerte, wie sie bei geschlossenem Axialschieber 2 vorkommen.To the adjustability of the axial slide 2 during operation of the turbine 10 to ensure that is between the Leitgitter 1 or the guide vanes 18 and the matrix 3 circulating a function gap 8th intended. The circulating function gap 8th however, can cause secondary flow losses at the baffle 1 lead, ie a part of the exhaust gas mass flow does not flow - as desired - through the guide grille 1 or over the vanes 18 directed at the turbine wheel 9 but flows over the circumferential functional gap 8th undirected on the turbine wheel 9 , This false flow inevitably leads to undesirably low turbine efficiencies, especially in operating ranges of small turbine flow rates, as with closed axial slide 2 occurrence.
Das Leitgitter 1 mit den Leitschaufeln 18 ist dabei ein so genannter Drallerzeuger, der insbesondere mittels der Leitschaufeln 18 einen Eintrittsdrall am Eintritt des Turbinenrads 9 erzeugt. Dadurch wird das Turbinenrad 9 besonders effizient angeströmt. Strömt das Abgas nun am Leitgitter 1 vorbei und erfährt nicht die Drallerzeugung, so beeinflusst dies den effizienten Betrieb der Turbine 10 negativ.The Leitgitter 1 with the vanes 18 is a so-called swirl generator, in particular by means of the vanes 18 an entrance swirl at the entrance of the turbine wheel 9 generated. This turns the turbine wheel 9 flowed particularly efficiently. The exhaust gas now flows at the baffle 1 over and does not experience the swirl generation, so this affects the efficient operation of the turbine 10 negative.
Grundsätzlich stellt eine Leiteinrichtung umfassend das Leitgitter 1 und die Matrize 3 hohe Anforderungen an die Fertigungstechnik, um die hohen Betriebstemperaturen insbesondere bei einem Ottomotor sicher beherrschen zu können und gleichzeitig Verluste in Form der Sekundärströmungsverluste in geringen Grenzen zu halten.Basically, a guide device comprises the guide grid 1 and the matrix 3 high demands on the production technology to be able to control the high operating temperatures, especially in a gasoline engine safely while keeping losses in the form of secondary flow losses within narrow limits.
Daher ist es wünschenswert, zum Einstellen des Querschnitts des Zuführkanals 5 nicht eine das Leitgitter 1 in radialer Richtung der Turbine 10 beidseitig abdeckende Matrize 3 sondern ein Abdeckelement zu verwenden, das das Leitgitter 1 lediglich auf einer Seite, vorzugsweise in Strömungsrichtung des Abgases zu dem Turbinenrad 9 stromauf der Leitschaufeln 18, abdecken kann. Dadurch ist kein Funktionsspalt 8 vonnöten und Sekundärströmungsverluste können vermieden oder zumindest gering gehalten werden.Therefore, it is desirable to adjust the cross section of the feed channel 5 not one the guardrail 1 in the radial direction of the turbine 10 both sides covering matrix 3 but to use a cover member that the Leitgitter 1 only on one side, preferably in the flow direction of the exhaust gas to the turbine wheel 9 upstream of the vanes 18 , can cover. This is not a functional gap 8th required and secondary flow losses can be avoided or at least kept low.
Die 2 zeigt eine solche Turbine 10, bei welcher der Axialschieber 2 vorgesehen ist. Die Turbine 10 umfasst jedoch kein Leitgitter 1 mit Leitschaufeln 18. Der Axialschieber 2 ist somit unbeschaufelt. In der 2 ist die Düsenbreite b des Zuführkanals 5 zu erkennen. Ferner ist der 2 ein Halsquerschnitt AS der Volute 4 zu entnehmen.The 2 shows such a turbine 10 in which the axial slide 2 is provided. The turbine 10 however, does not include a guardrail 1 with vanes 18 , The axial slide 2 is therefore undecached. In the 2 is the nozzle width b of the feed channel 5 to recognize. Furthermore, the 2 a neck cross-section A S of the volute 4 refer to.
Wie in Zusammenschau mit dem in der 3 gezeigten Geschwindigkeitsdreieck erkennbar ist, liegt bei der Turbine 10 gemäß 2 das Problem vor, dass eine starke Abhängigkeit des Eintrittsdralls zum Turbinenrad 9 von der Düsenbreite b besteht, die aufgrund der in der Euler'schen Maschinengleichung beschriebenen Zusammenhänge zu einem starken Einbruch der Turbinenleistung respektive der Turbinenwirkungsgrade bei geringen Werten für die Düsenbreite b führt.As in synopsis with in the 3 The speed triangle shown can be seen in the turbine 10 according to 2 the problem is that a strong dependence of the entrance spin to the turbine wheel 9 is the nozzle width b, which leads due to the relationships described in the Euler machine equation to a large collapse of the turbine power respectively the turbine efficiencies at low values for the nozzle width b.
In Zusammenhang mit der spezifischen Arbeit nach Euler: au = u1·c1u – u2·c2u und: ergibt sich, dass die Volute 4 entsprechend ihrer Geometriemerkmale Halsquerschnitt AS, Flächenschwerpunktsradius RS sowie in Zusammenhang mit der Düsenbreite b einen Drall erzeugt bzw. der Strömung des Abgases die Umfangskomponente c1u aufprägt.In connection with the specific work of Euler: a u = u 1 · c 1u - u 2 · c 2u and: it turns out that the volute 4 in accordance with their geometry features neck cross section A S , centroid radius R S and in connection with the nozzle width b produces a twist or imposes on the flow of the exhaust gas the circumferential component c 1u .
Dies ist insbesondere anhand der 4 erkennbar. Die 4 zeigt ein erstes Diagramm 20, auf dessen erster Abszisse 22 die Düsenbreite b in Richtung eines ersten Richtungspfeils 24 ansteigend aufgetragen ist. Auf der ersten Ordinate 26 des ersten Diagramms 20 ist der Winkel α1 gemäß einem zweiten Richtungspfeil 28 ansteigend aufgetragen. Ist der Axialschieber 1 gemäß 2 geschlossen, so ist die Düsenbreite b gering. Der Winkel α1 ist groß, woraus eine geringe Umfangskomponente c1u resultiert. Daraus resultieren ohne das Leitgitter 1 geringe Turbinenleistungen bzw. geringe Turbinenwirkungsgrade.This is in particular on the basis of 4 recognizable. The 4 shows a first diagram 20 , on the first abscissa 22 the nozzle width b in the direction of a first directional arrow 24 is applied in ascending order. On the first ordinate 26 of the first diagram 20 is the angle α 1 according to a second directional arrow 28 applied in ascending order. Is the axial slide 1 according to 2 closed, the nozzle width b is low. The angle α 1 is large, resulting in a small circumferential component c 1u results. This results without the guide grid 1 low turbine performance or low turbine efficiencies.
Ist der Axialschieber 2 im Gegensatz dazu weiter geöffnet, so ist die Düsenbreite b groß. Der Winkel α1 ist klein, woraus eine große Umfangskomponente c1u resultiert. Dies bedeutet, dass die Volute 4 das Abgas entsprechend umlenkt und keine weitere Ab- bzw. Umlenkung des Abgases durch das Leitgitter 1 nötig ist.Is the axial slide 2 in contrast, further opened, the nozzle width b is large. The angle α 1 is small, resulting in a large circumferential component c 1u . This means that the volute 4 deflects the exhaust gas accordingly and no further diversion or diversion of the exhaust gas through the guide grid 1 is necessary.
Mit anderen Worten ist bei geringen Öffnungsweiten des Axialschiebers 2 ein Ab- bzw. Umlenken der Strömung des Abgases mittels des Leitgitters 1 zweckmäßig. Bei demgegenüber großen Öffnungsweiten ist dagegen die Drallerzeugung alleine über die dem Leitgitter 1 vorgeschaltete Volute 4 zu bewerkstelligen.In other words, with small opening widths of the axial slide 2 a deflection or redirecting the flow of the exhaust gas by means of the guide grid 1 appropriate. In contrast, large opening widths, however, is the swirl generation alone on the the guide grid 1 upstream volute 4 to accomplish.
Zur Verdeutlichung dieser Zuordnung zwischen Düsenbreite b und Drallerzeugung ist in 5a–b der Verstellbereich bzw. die Extrempositionen des Regelschiebers für die Standardausführung der Turbine dargestellt.To clarify this relationship between nozzle width b and swirl generation is in 5a -B shows the adjustment range or the extreme positions of the control slide for the standard version of the turbine.
Aufgrund des oben geschilderten Zusammenhangs ist eine Ausführung denkbar, bei der nur in der Extremposition „geschlossener Regelschieber” die Drallerzeugung vollständig über das Leitgitter bewerkstelligt wird, bei Abheben des Regelschiebers von der stirnseitigen Anlage am Leitgitter der Drall hingegen über die Volute erzeugt wird. Due to the above-described context, an embodiment is conceivable in which only in the extreme position "closed control slide" the swirl generation is accomplished completely on the guide grid, on lifting the control slide from the frontal contact with the guide grid, however, the swirl generated on the volute.
Problematisch ist hierbei jedoch das Verhalten der Turbine 10 nach Abheben des Axialschiebers von der Schließstellung, d. h. zumindest im Wesentlichen unmittelbar nach Bewegen des Axialschiebers 2 aus der Schließstellung in die Offenstellung. Der Eintrittsdrall und damit die Turbinenleistung brechen zusammen, da bei einer dann vorliegenden Öffnungsweite des Axialschiebers 2 eine noch zu geringe Düsenbreite b für eine Erzeugung einer erwünschten und ausreichenden Umfangskomponente c1u noch nicht ausreicht.However, the problem here is the behavior of the turbine 10 after lifting the axial slide from the closed position, ie at least substantially immediately after moving the axial slide 2 from the closed position to the open position. The entrance swirl and thus the turbine power break together, as at a then existing opening width of the axial slide 2 a still too small nozzle width b for a generation of a desired and sufficient peripheral component c 1u is not sufficient.
Anhand der 6a–b ist dies veranschaulicht. Die Leitschaufeln 18 des Leitgitters 1 ragen dabei nur bereichsweise in den Zuführkanal 5 hinein. In der Schließstellung des Axialschiebers 2 strömt das Abgas ausschließlich über die Leitschaufeln 18. Ist der Axialschieber 2 aus der Schließstellung bewegt und befindet sich in wenigstens einer Offenstellung, in welcher die Düsenbreite b gegenüber der Schließstellung erweitert ist, so ist ein unbeschaufelter Bereich des Zuführkanals 5 freigegeben, so dass das Abgas sowohl über die Leitschaufeln 18 gerichtet als auch ungerichtet bzw. lediglich unter Drallerzeugung durch die Volute 4 das Turbinenrad 9 anströmen kann.Based on 6a -B this is illustrated. The vanes 18 the Leitgitters 1 thereby protrude only partially in the feed channel 5 into it. In the closed position of the axial slide 2 the exhaust gas flows exclusively through the vanes 18 , Is the axial slide 2 moved from the closed position and is located in at least one open position in which the nozzle width b is widened with respect to the closed position, so is a blanked portion of the feed channel 5 Released, leaving the exhaust both above the vanes 18 directed as well as undirected or only with swirl generation by the volute 4 the turbine wheel 9 can flow to.
Die 7a–c zeigen Möglichkeiten, das geschilderte Einbrechen des Eintrittsdralls und der Turbinenleistungen zu vermeiden oder zumindest sehr gering zu halten.The 7a C show ways to avoid the described break-in of the entrance swirl and turbine performance or at least to keep it very low.
Wie insbesondere der 7b zu entnehmen ist, umfasst die Turbine 10 das relativ zum Turbinengehäuse 12 feste Leitgitter 1 mit den Leitschaufeln 18. Die Leitschaufeln 18 ragen in einem Leitbereich 30 in den Zuführkanal 5 hinein und dienen zum Um- bzw. Ablenken des Abgases, d. h. zur Drallerzeugung.How the particular 7b can be seen, includes the turbine 10 that relative to the turbine housing 12 fixed guide grids 1 with the vanes 18 , The vanes 18 protrude in a guidance area 30 in the feed channel 5 into and serve to divert or deflect the exhaust gas, ie for swirl generation.
Die Leitschaufeln 18 weisen nun bezogen auf die axiale Richtung der Turbine 10 ausgehend von der Lagergehäuseseite der Turbine 10 einen ersten Längenbereich a und einen sich daran anschließenden zweiten Längenbereich d auf, welche sich in axialer Richtung erstrecken und in axialer Richtung aneinander anschließen. Die Leitschaufeln 18 sind dabei hinsichtlich ihrer aerodynamischen Eigenschaften in dem ersten Längenbereich a anders ausgebildet als in dem zweiten Längenbereich d. Mit anderen Worten unterscheiden sich die Leitschaufeln 18 hinsichtlich ihrer aerodynamischen Eigenschaften in den Längenbereichen a, d jeweils.The vanes 18 now have respect to the axial direction of the turbine 10 starting from the bearing housing side of the turbine 10 a first length region a and an adjoining second length region d, which extend in the axial direction and adjoin one another in the axial direction. The vanes 18 are designed differently with respect to their aerodynamic properties in the first length range a than in the second length range d. In other words, the vanes differ 18 in terms of their aerodynamic properties in the length ranges a, d respectively.
Die Längenbereiche a, d sind insbesondere hinsichtlich ihrer axialen Erstreckung derart ausgestaltet, dass sich ein für die der Turbine 10 zugeordnete Verbrennungskraftmaschine erforderlicher Minimalwert des Durchsatzparameters der Turbine 10 einstellt, wenn sich der Axialschieber 2 in seiner in der 7b gezeigten Schließstellung und somit an einem axialen Anschlag c der Leitschaufeln 18 anliegt. In dieser Schließstellung strömt das Abgas aus der Volute 4 lediglich in dem Längenbereich a zum Turbinenrad 9. Dies bedeutet, dass im Schließzustand des Axialschiebers 2 der Eintrittsdrall zum Turbinenrad 9 ausschließlich über den Längenbereich a aufgebracht wird, wobei sich zumindest im Wesentlichen ideale Verhältnisse ohne Sekundärströmungsverluste ergeben.The length ranges a, d are designed, in particular with respect to their axial extension, such that one for the turbine 10 associated internal combustion engine required minimum value of the flow rate parameter of the turbine 10 adjusts when the axial slide 2 in his in the 7b shown closed position and thus to an axial stop c of the vanes 18 is applied. In this closed position, the exhaust gas flows from the volute 4 only in the length range a to the turbine wheel 9 , This means that in the closed state of the axial slide 2 the entrance swirl to the turbine wheel 9 is applied exclusively over the length range a, resulting in at least substantially ideal conditions without secondary flow losses.
Dem Längenbereich d kommt dabei die Funktion zu, den Eintrittsdrall beim Abheben des Axialschiebers 2 vom Anschlag c, d. h. beim Bewegen des Axialschiebers 2 aus der Schließstellung in eine auch den Längenbereich d zumindest bereichsweise freigebende Offenstellung, weiter aufrecht zu erhalten und somit den zuvor geschilderten Wirkungs- und Leistungseinbruch gering zu halten oder ganz zu vermeiden.The length range d is the function, the entrance swirl when lifting the axial slide 2 from the stop c, ie when moving the axial slide 2 from the closed position into an even the length range d at least partially releasing open position to continue to maintain and thus to keep the previously described impact on activity and performance low or completely avoided.
Wie der 7c zu entnehmen ist, unterscheiden sich die Leitschaufeln 18 in den Längenbereichen a, d insbesondere hinsichtlich ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung. Mit anderen Worten sind die Leitschaufeln 18 im zweiten Längenbereich d bezogen auf die Umfangsrichtung kürzer als im ersten Längenbereich a.Again 7c it can be seen, differ the vanes 18 in the length ranges a, d, in particular with respect to their extent in the circumferential direction. In other words, the vanes are 18 shorter in the second length range d relative to the circumferential direction than in the first length range a.
Wie den 8a–9 zu entnehmen ist, sind in den Längenbereichen a, d der Leitschaufeln 18 unterschiedliche minimale Leitschaufelabstände smin dargestellt. Ein erster minimaler Leitschaufelabstand smin_a im ersten Längenbereich a ist kleiner als ein zweiter minimaler Leitschaufelabstand smin_d im zweiten Längenbereich d. Der effektive Querschnitt des Leitgitters 1 ergibt sich dabei aus den Geometrieparametern der Düsenbreite b in Abhängigkeit von dem Verfahrweg des Axialschiebers 2 sowie dem minimalen Leitschaufelabstand smin. Zur Realisierung einer günstigen Turbinencharakteristik über dem gesamten Verfahrweg des Axialschiebers 2 – frei von deutlichen Wirkungsgradeinbrüchen – ist es vorteilhaft, den Übergang zwischen den Längenbereichen a, d möglichst harmonisch zu gestalten, d. h. eine sprunghafte bzw. stufenförmige Änderung beispielsweise ausgehend vom ersten Längenbereich a hin zum zweiten Längenbereich d und somit des minimalen Leitschaufelabstands smin ist vorteilhafterweise zu vermeiden.Like that 8a - 9 it can be seen are in the lengths a, d of the vanes 18 different minimum vane distances s min represented. A first minimum vane spacing s min_a in the first length range a is smaller than a second minimum vane distance s min_d in the second length range d. The effective cross section of the guide grid 1 results from the geometry parameters of the nozzle width b as a function of the travel of the axial slide 2 and the minimum vane spacing s min . To realize a favorable turbine characteristic over the entire travel of the axial slide 2 It is advantageous to make the transition between the length regions a, d as harmonious as possible, ie a sudden change, for example, starting from the first length region a to the second length region d and thus the minimum vane spacing s min is advantageously to avoid.
Wie der 8b zu entnehmen ist, ist dabei vorteilhafterweise vorgesehen, dass ein Übergangsbereich 32, über den die Längenbereiche a, d miteinander verbunden sind, einen Radius R aufweist und entsprechend zumindest im Wesentlichen kreisbogenförmig ausgebildet ist. Again 8b can be seen, it is advantageously provided that a transition region 32 , via which the length regions a, d are connected to one another, has a radius R and is correspondingly at least substantially circular-arc-shaped.
Die 9 zeigt dabei in einem zweiten Diagramm 34 einen qualitativen Verlauf des minimalen Leitschaufelabstands smin, welcher über der Düsenbreite b aufgetragen ist. Ein durch einen ersten Verlauf 36 charakterisierter stufenförmiger Übergang zwischen den Längenbereichen a, d führt zu einem sprunghaften Anstieg des Leitschaufelabstands smin. Durch Anbringung des Radius R an den Leitschaufeln 18 kann ein harmonischer Verlauf des minimalen Leitschaufelabstands smin zwischen den Längenbereichen a, d erzielt werden. Dabei kennzeichnet ein dritter Richtungspfeil 38 die Vergrößerung des Radius R und eine damit einhergehende Veränderung des ersten Verlaufs 36 hin zu weiteren Verläufen 40. Umgekehrt dazu kennzeichnet ein vierter Richtungspfeil 42 die sukzessive Verkleinerung des Radius R und damit das Verhalten der weiteren Verläufe 40 hin zum ersten Verlauf 36.The 9 shows in a second diagram 34 a qualitative course of the minimum vane spacing s min , which is plotted against the nozzle width b. One through a first course 36 characterized stepped transition between the length ranges a, d leads to a sudden increase in the vane spacing s min . By attaching the radius R to the vanes 18 a harmonic progression of the minimum vane spacing s min between the length regions a, d can be achieved. Thereby a third directional arrow indicates 38 the increase in the radius R and a concomitant change in the first course 36 towards further progressions 40 , Conversely, a fourth directional arrow indicates 42 the successive reduction of the radius R and thus the behavior of the further courses 40 to the first course 36 ,
Gemäß 10 weist der Axialschieber 2 eine Stirnseite 44 mit einem weiteren Radius R2 auf. Somit ist auch die Stirnseite 44 des Axialschiebers 2 zumindest im Wesentlichen bogenförmig, insbesondere kreisbogenförmig, ausgebildet. Vorteilhafterweise ist dabei der Radius R gleich dem weiteren Radius R2. Befindet sich der Axialschieber 2 in seiner Schließstellung am Anschlag c, wobei die Turbine 10 geschlossen ist, dann liegen die Radien R, R2 zumindest im Wesentlichen deckungsgleich übereinander.According to 10 has the axial slide 2 a front side 44 with another radius R2. Thus, also the front side 44 of the axial slide 2 at least substantially arcuate, in particular circular arc, formed. Advantageously, the radius R is equal to the further radius R2. Is the axial slide 2 in its closed position on the stop c, the turbine 10 is closed, then the radii R, R2 are at least substantially congruent to each other.
Anhand der 11–13 ist die vorteilhafte Ausgestaltung der axialen Erstreckung, d. h. der Länge des zweiten Längenbereichs d, veranschaulicht. Der zweite Längenbereich d weist vorteilhafterweise eine solche Länge auf, dass sich im Zusammenhang mit dem verwendeten Verhältnis AS/RS der Volute 4 und der aus der Motoranwendung vorgegebenen axialen Erstreckung (Länge) des ersten Längenbereichs a für die Schließstellung eine Voluten-Düsenbreite bVolute, d. h. am Übergang des Austritts der Volute 4 zum Leitgitter 1, ergibt, die zu einem vorgebbaren Höchstwert des Winkels α1, welcher der Abströmwinkel ist, aus der Volute 4 führt. Mit anderen Worten ist die Voluten-Düsenbreite bVolute so groß, dass der Winkel α1 kleiner oder gleich 25°, d. h. maximal 25°, beträgt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn, wie anhand der 12 dargestellt ist, ein Innendurchmesser DT einer Trennwand 46, mittels welcher die Volute 4 von dem Verstellraum fluidisch getrennt ist, größer oder gleich einem Eintrittsdurchmesser DL des Leitgitters 1 ist. Daraus ergibt sich insbesondere eine minimale Erstreckung dmin des zweiten Längenbereichs d.Based on 11 - 13 is the advantageous embodiment of the axial extent, ie the length of the second length range d, illustrated. The second length range d advantageously has such a length that, in connection with the ratio A S / R S of the volute used 4 and the axial extension (length) of the first length range a for the closed position predetermined by the motor application, a volute nozzle width b volute , ie at the transition of the outlet of the volute 4 to the Leitgitter 1 , which results in a predeterminable maximum value of the angle α 1 , which is the outflow angle, from the volute 4 leads. In other words, the volute nozzle width b Volute is so large that the angle α 1 is less than or equal to 25 °, ie a maximum of 25 °. This is especially the case when, as with the 12 is shown, an inner diameter D T of a partition wall 46 by means of which the volute 4 is fluidically separated from the adjustment, greater than or equal to an inlet diameter D L of the guide grid 1 is. This results in particular in a minimum extension d min of the second length range d.
Wie der 13 zu entnehmen ist, kann die Länge des zweiten Längenbereichs d auch so gewählt werden, dass die gesamte Düsenbreite b bzw. Voluten-Düsenbreite bVolute von Eintrittskanten der Leitschaufeln 18 überdeckt wird. In diesem Fall kann dann die Trennwand 46 in radialer Richtung auf einem relativ kleinen Innendurchmesser DT enden, welcher kleiner ist als der Eintrittsdurchmesser DL des Leitgitters. Durch diese Maßnahme wird es ermöglicht, dass jeweilige Stirnseiten der Leitschaufeln 18 im zweiten Längenbereich d an der Trennwand 46 plan anliegen bzw. zumindest im Wesentlichen nahezu anliegen, bis auf einen weiteren Funktionsspalt e, wodurch Sekundärströmungsverluste im zweiten Längenbereich d vermieden bzw. sehr gering gehalten werden.Again 13 can be seen, the length of the second length range d can also be chosen so that the entire nozzle width b or volute nozzle width b volute of the leading edges of the vanes 18 is covered. In this case, then the partition 46 in the radial direction on a relatively small inner diameter D T ends, which is smaller than the inlet diameter D L of the guide grid. By this measure, it is possible that respective end faces of the vanes 18 in the second length range d on the partition wall 46 abut plane or at least substantially substantially abut, except for a further functional gap e, whereby secondary flow losses in the second length range d avoided or kept very low.
Hieraus ergibt sich insbesondere eine maximale axiale Erstreckung dmax des zweiten Längenbereichs d. Ein weiteres Geometriemerkmal des Leitgitters 1 mit den unterschiedlichen Längenbereichen a, d ist der Grad, mit welchem das Grundprofil der Leitschaufeln 18 auf der Erstreckung des zweiten Längenbereichs d noch zur Aufrechterhaltung des Dralls genutzt wird.This results in particular in a maximum axial extent d max of the second length range d. Another geometric feature of the Leitgitters 1 with the different length ranges a, d is the degree to which the base profile of the vanes 18 is still used to maintain the twist on the extension of the second length range d.
Dieser Grad ist der Kehrwert des Verhältnisses der in der 15 dargestellten, von dem im ersten Längenbereich a vollständig genutzten, d. h. von dem Abgas umströmten Profil umschlossenen ersten Fläche FA, welche zumindest im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung verläuft, zur vom Profil im zweiten Längenbereich d umschlossenen zweiten Fläche FB welche der Axialschieber 2 im zweiten Längenbereich d abdeckt bzw. abdecken kann und welche in der 17 erkennbar ist. Der Kehrwert des Verhältnisses von FA zu FB ist somit FB/FA, wobei FB/FA vorteilhafterweise in einem Bereich von einschließlich 10% bis einschließlich 75% liegt.This degree is the reciprocal of the ratio in the 15 represented, of the first in the first length area completely used, that is surrounded by the exhaust gas flowing profile first surface FA, which extends at least substantially perpendicular to the axial direction, to the profile in the second length region d enclosed second surface FB which the axial slide 2 in the second length range d covers or can cover and which in the 17 is recognizable. The inverse of the ratio of FA to FB is thus FB / FA, with FB / FA advantageously ranging from 10% to 75% inclusive.
Die Turbine 10 gemäß 18 umfasst ein Trennelement f zur strömungsmäßigen Trennung der Längenbereiche a, d. Eine dem Axialschieber 2 zugewandte Fläche des Trennelements f dient dabei als Anschlag c für den Axialschieber 2 in seiner Schließstellung.The turbine 10 according to 18 comprises a separating element f for flow separation of the length regions a, d. An axial slide 2 facing surface of the separating element f serves as a stop c for the axial slide 2 in its closed position.
In verschiedenen Betriebspunkten bzw. Betriebsbereichen kann, unter anderem infolge von gasdynamischen Kräften, auf das Trennelement f eine Kraft in axialer Richtung wirken, welche in Richtung des Turbinenaustritts gerichtet ist. Dies ist insbesondere unmittelbar nach Abheben des Axialschiebers 2 aus der Schließstellung vom Anschlag c der Fall, d. h. das Trennelement ist vorteilhafterweise in seiner axialen Lage am Übergang der Längenbereiche a, d fixiert.In various operating points or operating ranges, among other things as a result of gas-dynamic forces acting on the separating element f, a force in the axial direction, which is directed in the direction of the turbine outlet. This is especially immediately after lifting the axial slide 2 from the closed position of the stop c, the case, ie the separating element is advantageously fixed in its axial position at the transition of the length ranges a, d.
Dazu kann das Trennelement f beispielsweise durch ein Fügverfahren wie beispielsweise Schweißen am Leitgitter 1 und/oder an den einzelnen Leitschaufeln 18 befestigt sein.For this purpose, the separating element f, for example, by a joining method such as Welding at the Leitgitter 1 and / or at the individual vanes 18 be attached.
Alternativ hierzu kann das Leitgitter 1, insbesondere die Leitschaufeln 18, eine per rotatorische Bearbeitung ausgebildete Nut 48 aufweisen, in welche das Trennelement f eingerastet und so in seiner axialen Lage fixiert ist. Das Trennelement f ist dabei separat von dem Leitgitter ausgebildet. Die Nut 48 ist dabei beispielsweise durch rotatorische Bearbeitung der Leitschaufeln 18 in diese eingebracht. Dies ist auch anhand der 20 bis 23 erkennbar.Alternatively, the guide grid 1 , in particular the guide vanes 18 , a trained by rotational machining groove 48 have, in which the separating element f is engaged and fixed in its axial position. The separating element f is formed separately from the guide grid. The groove 48 is for example by rotary machining of the vanes 18 incorporated into this. This is also on the basis of 20 to 23 recognizable.
Diese separate Ausgestaltung des Trennelements f vom Leitgitter 1 ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn, wie es bei dem Leitgitter 1 der 20–23 der Fall ist, die Leitschaufeln 18 an einen gemeinsamen, die Leitschaufeln 18 verbindenden Ring angebunden, beispielsweise an diesen angegossen, sind. Dabei stehen die einzelnen Leitschaufeln 18 in Richtung des Turbinenaustritts der Turbine 10 frei. Dies bedeutet, dass die Leitschaufeln 18 auf jeweiligen, dem sie verbindenden Ring abgewandten und dem Turbinenaustritt zugewandten Stirnseiten nicht miteinander verbunden sind. Dadurch kann das Leitgitter 1 beispielsweise mittels eines Feingussverfahrens kostengünstig hergestellt werden. Die separate Ausbildung des Trennelements f, welches auch als Steg bezeichnet wird, und die anschließende Verbindung des Trennelements f mit dem Leitgitter 1 ist dieser kostengünstigen Herstellung zuträglich.This separate embodiment of the separating element f from the guide grid 1 is particularly advantageous if, as with the guide grid 1 of the 20 - 23 the case is the vanes 18 to a common, the vanes 18 connecting ring connected, for example, these are cast on. Here are the individual vanes 18 in the direction of the turbine outlet of the turbine 10 free. This means that the vanes 18 on respective end facing away from the ring and the turbine outlet facing end faces are not connected to each other. This allows the guide grid 1 be manufactured inexpensively for example by means of a precision casting process. The separate formation of the separating element f, which is also referred to as a web, and the subsequent connection of the separating element f with the guide grid 1 is beneficial to this cost-effective production.
Die 20 bis 23 zeigen die umlaufende Nut 48 an den Leitschaufeln 18, die sich direkt am Übergang der beiden Längenbereiche a, d befindet. In am Trennelement f angebrachten Leitschaufelmatrizen zur Aufnahme der Leitschaufeln 18 befindet sich auch ein Einrastdurchmesser DE, auf welchem das Trennelement f in der Nut 48 bei der Montage einrasten kann.The 20 to 23 show the circumferential groove 48 on the vanes 18 , which is located directly at the transition of the two length ranges a, d. In on the separating element f attached vane matrices for receiving the vanes 18 There is also a Einrastdurchmesser D E , on which the separating element f in the groove 48 can engage during assembly.
Wie anhand der 20 bis 23 erkennbar ist, ist eine erste Anzahl an ersten Leitschaufelteilen im ersten Längenbereich a gleich einer zweiten Anzahl an zweiten Leitschaufelteilen der Leitschaufeln 18 im zweiten Längenbereich d. Mit anderen Worten weisen beide Längenbereiche a, d die gleiche Anzahl an Leitschaufelteilen auf. Ferner ist ein Hinterkantenberührradius des zweiten Längenbereichs d größer als ein weiterer Hinterkantenberührradius des Längenbereichs a.As based on the 20 to 23 is recognizable, a first number of first vane parts in the first length region a is equal to a second number of second vane parts of the vanes 18 in the second length range d. In other words, both length regions a, d have the same number of guide blade parts. Further, a trailing edge touching radius of the second length portion d is larger than another trailing edge touch radius of the length portion a.
Die 24a–c zeigen eine Möglichkeit zur Darstellung weiterer Freiheitsgrade, um die Leitschaufeln 18 in den Längenbereichen a, d hinsichtlich ihrer jeweiligen aerodynamischen Eigenschaften unterschiedlich auszugestalten. Gemäß 24a–c ist das Trennelement f einstückig mit dem Leitgitter 1 ausgebildet. Dabei sind das Trennelement f und das Leitgitter 1 beispielsweise als einstückiges Gussteil ausgebildet. Zur Herstellung des einstückigen Gussteils kann ein Feingussverfahren, ein Metallpulver-Spritzgussverfahren (MIM) oder ein anderweitiges Gussverfahren verwendet werden. Dadurch kann das Trennelement f mit dem Leitgitter 1 zeit- und kostengünstig hergestellt werden.The 24a Figure -c show a way to represent additional degrees of freedom around the vanes 18 in the length ranges a, d to design differently in terms of their respective aerodynamic properties. According to 24a C is the separating element f integral with the guide grid 1 educated. In this case, the separating element f and the guide grid 1 for example, formed as a one-piece casting. To make the one-piece casting, a precision casting process, a metal powder injection molding (MIM) process, or other casting process may be used. As a result, the separating element f with the guide grid 1 be produced time and cost.
Wie den 24a–c ferner zu entnehmen ist, sind die Leitschaufeln 18 ausschließlich mittels des Trennelements f verbunden. Dabei sind die Leitschaufeln 18 beispielsweise an das Trennelement f angegossen. Jeweilige erste Leitschaufelteile der Leitschaufeln 18 im ersten Längenbereich a erstrecken sich dabei vom Trennelement f in axialer Richtung in einer ersten Erstreckungsrichtung weg. Im zweiten Längenbereich d erstrecken sich jeweilige zweite Leitschaufelteile der Leitschaufeln 18 in axialer Richtung von dem Trennelement f in einer der ersten Erstreckungsrichtung entgegengesetzten zweiten Erstreckungsrichtung weg. Die auf Seiten des Trennelements f mittels des zumindest im Wesentlichen ringförmigen Trennelements f miteinander verbundenen Leitschaufeln 18 sind dabei auf jeweiligen, dem Trennelement f abgewandten Stirnseiten offen ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Leitschaufeln 18 bzw. die entsprechenden Leitschaufelteile in dem entsprechenden Längenbereich a, d auf den jeweiligen, dem Trennelement f abgewandten Stirnseiten voneinander separat ausgebildet, also nicht miteinander verbunden sind.Like that 24a C is further to be found, the guide vanes 18 exclusively connected by means of the separating element f. Here are the vanes 18 for example, cast on the separator f. Respective first vane parts of the vanes 18 In the first length region a, the separating element f extends away in the axial direction in a first extension direction. In the second length region d, respective second vane parts of the vanes extend 18 in the axial direction of the separating element f in a second extension direction opposite to the first extension direction. The on the side of the partition member f by means of the at least substantially annular separator f interconnected vanes 18 are designed to be open on respective end faces facing away from the separating element f. This means that the vanes 18 or the corresponding guide blade parts in the corresponding longitudinal region a, d are formed separately on the respective end faces facing away from the separating element f, ie are not connected to one another.
So ist es möglich, Leitschaufelteile in wenigstens einem der Längenbereiche a, d der Leitschaufeln 18 als dreidimensionale Beschaufelung (3D-Beschaufelung) auszugestalten. Ferner ist es möglich, dass sich die Anzahl der Leitschaufelteile im ersten Längenbereich a von der Anzahl der Leitschaufelteile im zweiten Längenbereich d unterscheidet.Thus, it is possible Leitschaufelteile in at least one of the length ranges a, d of the vanes 18 as three-dimensional blading (3D blading) to design. Furthermore, it is possible for the number of guide blade parts in the first length range a to differ from the number of guide blade parts in the second length range d.
Ebenso ist es möglich, die Leitschaufeln 18 in wenigstens einem der Längenbereiche a, d mit einer in den 24a–c nicht gezeigten Konturierung ihrer strömungsführenden Geometrie zu versehen, um so Sekundärströmungsverluste gering zu halten.Likewise, it is possible to use the vanes 18 in at least one of the length ranges a, d with one in the 24a C to provide contouring not shown their flow leading geometry, so as to keep secondary flow losses low.
Die 26a–27 zeigen eine Möglichkeit, das Leitgitter 1 im Zuführkanal 5 zu zentrieren. Dazu ist ein Zentriereinsatz 50 vorgesehen, welcher einen ersten Zentrierdurchmesser DZa zur Zentrierung des ersten Längenbereichs a aufweist.The 26a - 27 show one way, the Leitgitter 1 in the feed channel 5 to center. This is a centering insert 50 provided, which has a first centering diameter D Za for centering the first length range a.
Auf einer dem Zentriereinsatz 50 gegenüberliegenden Seite weist das Turbinengehäuse 12 ebenso einen zweiten Zentrierdurchmesser DZd auf, an welchem der zweite Längenbereich d zentriert wird. Die Leitschaufeln 18 des Leitgitters 1 weisen korrespondierende Stufen, Absätze oder dergleichen auf, mittels welchen die Längenbereiche a, d zentriert werden können.On one of the centering insert 50 opposite side has the turbine housing 12 as well as a second centering diameter D Zd at which the second length range d is centered. The vanes 18 the Leitgitters 1 have corresponding steps, paragraphs or the like, by means of which the length ranges a, d can be centered.
Die 30–32 veranschaulichen die Zentrierung des Leitgitters 1 über rotationssymmetrische, nicht-orthogonal zur Drehachse 16 des Turbinenrads 9 und somit schräg zu dessen radialer Richtung verlaufende Anlageflächen. Bei diesen Anlageflächen handelt es sich einerseits um die jeweiligen, dem Trennelement f abgewandten Stirnseiten der Leitschaufelteile im ersten Längenbereich a und andererseits um eine diesen Stirnseiten zugewandte Stirnseite des Zentriereinsatzes 50, welches seinerseits über einen Zentrierungsbund am Turbinengehäuse 12 zentriert ist. Wie anhand eines Zentrierwinkels β angedeutet ist, schließen die Anlageflächen mit der axialen Richtung einen Winkel von zumindest im Wesentlichen 75° ein. Ein Kraftpfeil F deutet dabei die Kraft und die Richtung an, mit bzw. in welcher das Leitgitter 1 im Zuführkanal 5 beaufschlagt und so verklemmt bzw. verspannt ist. Der Zentriereinsatz 50 hat somit die Funktion einer Tellerfeder, die das Leitgitter 1 stets gegen die Trennwand 46 drückt. The 30 - 32 illustrate the centering of the Leitgitters 1 about rotationally symmetric, non-orthogonal to the axis of rotation 16 of the turbine wheel 9 and thus inclined to the radial direction extending contact surfaces. These contact surfaces are, on the one hand, the respective end faces of the guide blade parts facing away from the separating element f in the first longitudinal region a and, on the other hand, a front side of the centering insert facing this end faces 50 , which in turn has a centering collar on the turbine housing 12 is centered. As indicated by a centering angle β, the contact surfaces with the axial direction form an angle of at least substantially 75 °. A force arrow F indicates the force and direction, with or in which the guide grid 1 in the feed channel 5 charged and so jammed or clamped. The centering insert 50 thus has the function of a diaphragm spring, which is the guide grille 1 always against the partition 46 suppressed.
Gemäß 33 ist der Zentriereinsatz 50 als Hitzeschild ausgebildet, welcher einen unerwünscht hohen Wärmeeintrag vom Turbinengehäuse 12 ins Lagergehäuse vermeiden soll. Dadurch ist eine Funktionsintegration geschaffen, wodurch die Teileanzahl, das Gewicht und die Kosten der Turbine 10 gering gehalten werden können. Zur Darstellung einer vorteilhaften Herstellbarkeit, einer einfachen Montage und einer hohen Funktionserfüllungssicherheit des Leitgitters 1 und damit der gesamten Turbine 10 können, wie anhand der 24a–c dargestellt ist, das Trennelement f und das Leitgitter 1 auch einstückig miteinander ausgebildet sein. Das Trennelement f und das Leitgitter 1 sind beispielsweise als einstückiges Gussteil hergestellt.According to 33 is the centering insert 50 designed as a heat shield, which an undesirably high heat input from the turbine housing 12 should avoid in the bearing housing. As a result, a functional integration is created, whereby the number of parts, the weight and the cost of the turbine 10 can be kept low. To illustrate an advantageous manufacturability, a simple assembly and a high functional performance reliability of the guide grid 1 and therefore the entire turbine 10 can, as based on the 24a C is shown, the separating element f and the guide grid 1 also be integrally formed with each other. The separating element f and the guide grid 1 are made for example as a one-piece casting.
Das Leitgitter 1 ist separat vom Turbinengehäuse 12 ausgebildet und in das Turbinengehäuse einzusetzen. Bei dem Leitgitter 1 handelt es sich somit um ein Einsetzteil. Zur vorteilhaften Ausrichtung und Positionierung des Leitgitters 1 im Turbinengehäuse 12 ist beispielsweise vorgesehen, dass das Leitgitter 1 auf dem Trennelement f abgewandten ersten Stirnseiten und/oder auf dem Trennelement f und den ersten Stirnseiten abgewandten zweiten Stirnseiten der Leitschaufeln 18 im Turbinengehäuse 12 zentriert wird. Ferner ist vorteilhafterweise eine Bewegung des Leitgitters 1 im Turbinengehäuse 12 relativ zu diesem zu vermeiden, um beispielsweise bei schwingender Belastung eine unerwünschte Beschädigung zu vermeiden. Dazu wird das Leitgitter 1, wie es in den 32 und 33 durch den Kraftpfeil F angedeutet ist, beispielsweise mittels eines Kraftbeaufschlagungselements mit einer in axialer Richtung wirkenden Kraft beaufschlagt. Dadurch wird während des Betriebs der Turbine 10 zumindest im Wesentlichen stets sichergestellt, dass das Leitgitter 1 zwischen zwei definierten Anlageflächen eingespannt ist.The Leitgitter 1 is separate from the turbine housing 12 trained and inserted into the turbine housing. At the Leitgitter 1 it is thus an insert. For advantageous alignment and positioning of the guide grid 1 in the turbine housing 12 For example, it is provided that the guide grid 1 on the separating element f facing away from the first end faces and / or on the separating element f and the first end faces facing away from the second end faces of the guide vanes 18 in the turbine housing 12 is centered. Furthermore, advantageously, a movement of the guide grid 1 in the turbine housing 12 to avoid relative to this, for example, to avoid unwanted damage when swinging load. This is the guide grid 1 as it is in the 32 and 33 is indicated by the force arrow F, for example, by means of a Kraftbeaufschlagungselements acted upon by a force acting in the axial direction. This will during operation of the turbine 10 at least essentially always ensures that the guide grid 1 is clamped between two defined contact surfaces.
Bei dem Kraftbeaufschlagungselement handelt es sich beispielsweise um ein Federelement, mittels welchem das Leitgitter 1 in axialer Richtung federkraftbeaufschlagt bzw. federkraftbeaufschlagbar ist. Dabei kann der Zentriereinsatz 50 als dieses Federelement fungieren und das Leitgitter 1 kraftbeaufschlagen.The force-applying element is, for example, a spring element, by means of which the guide grid 1 Federkraftbeaufschlagt in the axial direction or spring force. In this case, the centering insert 50 act as this spring element and the guide grid 1 kraftbeaufschlagen.
Wie den 25a–b zu entnehmen ist, liegt der Axialschieber 2 in seiner Schließstellung am Anschlag c an. Dabei liegt die Stirnseite 44 des Axialschiebers 2 am Trennelement f an. Dabei ist der gesamte zweite Längenbereich d fluidisch versperrt, sodass das Abgas nur den ersten Längenbereich a durchströmen kann.Like that 25a -B can be seen, is the axial slide 2 in its closed position on the stop c. This is the front page 44 of the axial slide 2 on the separating element f. In this case, the entire second longitudinal region d is fluidically blocked, so that the exhaust gas can only flow through the first length region a.
Im Folgenden werden Möglichkeiten dargestellt, das Leitgitter 1 im Turbinengehäuse 12 relativ zu diesem zu positionieren und insbesondere zu zentrieren. Dabei sind die geschilderten Möglichkeiten ohne Weiteres auf Seiten des ersten Längenbereichs a und/oder auf Seiten des zweiten Längenbereichs d anwendbar.In the following, possibilities are presented, the guide grid 1 in the turbine housing 12 relative to this position and in particular to center. The described possibilities are readily applicable on the side of the first length range a and / or on the side of the second length range d.
Wie die 26a–27 zeigen, ist es möglich, an den jeweiligen, dem Trennelement f abgewandten Stirnseiten der Leitschaufeln 18 bzw. der Leitschaufelteile in den Längenbereichen a, d jeweils einen rotationssymmetrischen Absatz vorzusehen. Der über diesen Absatz hinausragende, äußere Teil der Leitschaufeln 18 dient zur Zentrierung des Leitgitters 1. Am Turbinengehäuse 12 sowie am Zentriereinsatz 50 werden jeweilige, mit den jeweiligen Absätzen korrespondierende Nuten vorgesehen, die den äußeren Teil der Leitschaufeln 18 aufnehmen, wodurch das Leitgitter 1 zentriert wird.As the 26a - 27 show, it is possible to the respective, the separator f opposite end faces of the vanes 18 or the guide blade parts in the length ranges a, d each to provide a rotationally symmetrical paragraph. The protruding beyond this paragraph, outer part of the vanes 18 serves to center the guide grid 1 , At the turbine housing 12 as well as at the centering insert 50 are provided, corresponding to the respective paragraphs corresponding grooves, the outer part of the vanes 18 absorb, causing the guide grille 1 is centered.
Dabei müssen nicht notwendigerweise alle Leitschaufeln 18 des Leitgitters 1, wie es in den 26a–27 dargestellt ist, für die Zentrierung verwendet werden. Umfasst das Leitgitter 1 beispielsweise neun Leitschaufeln 18, so können auch nur drei der Leitschaufeln 18 die Zentrierfunktion übernehmen. Vorteilhafterweise sind diejenigen der Leitschaufeln 18, welche die Zentrierfunktion übernehmen, in Umfangsrichtung des Leitgitters 1 paarweise zumindest im Wesentlichen äquidistant voneinander beabstandet. Dadurch ist eine definierte Zentrierung des Leitgitters 1 im Turbinengehäuse 12 möglich.It does not necessarily have all the vanes 18 the Leitgitters 1 as it is in the 26a - 27 is shown used for centering. Includes the baffle 1 For example, nine vanes 18 so can only three of the vanes 18 take over the centering function. Advantageously, those of the vanes 18 , which take over the centering function, in the circumferential direction of the guide grid 1 spaced in pairs at least substantially equidistant from each other. As a result, a defined centering of the Leitgitters 1 in the turbine housing 12 possible.
Alternativ zu den 26a–27 kann auch vorgesehen sein, dass die Zentrierung des Leitgitters 1 lediglich auf der Lagergehäuseseite oder lediglich auf einer der Lagergehäuseseite abgewandten Seite vorgesehen ist.Alternatively to the 26a - 27 can also be provided that the centering of the guide grid 1 is provided only on the bearing housing side or only on a side facing away from the bearing housing side.
Die axiale Positionierung des Leitgitters 1 erfolgt dabei über eine Verspannung des Leitgitters 1 zwischen der Lagergehäuseseite und der Turbinenaustrittsseite und mit der oben geschilderten, in axialer Richtung gerichteten Kraftbeaufschlagung.The axial positioning of the guide grid 1 takes place via a bracing of the guide grid 1 between the bearing housing side and the Turbine outlet side and with the above-described, directed in the axial direction of force.
Die 28a–29 zeigen weitere Möglichkeiten zur Zentrierung des Leitgitters 1 im Turbinengehäuse 12. Zur Zentrierung sind Stifte 52 vorgesehen, welche an die jeweiligen, dem Trennelement f abgewandten Stirnseiten der Leitschaufelteile im ersten Längenbereich a angegossen sind. Vorliegend sind die Stifte 52 somit einstückig mit den Leitschaufeln 18 ausgebildet. Die Stifte 52 können jedoch auch separat von den Leitschaufeln 18 ausgebildet und als separate Bauteile montiert sein. Der Zentriereinsatz 50 weist mit den Stiften 52 korrespondierende Aufnahmeöffnungen, insbesondere Bohrungen, auf, welche mit den Stiften 52 zusammenwirken und so das Leitgitter 1 im Turbinengehäuse 12 zentrieren.The 28a - 29 show further possibilities for centering the guide grid 1 in the turbine housing 12 , For centering are pins 52 provided, which are molded to the respective end faces of the guide vane parts facing away from the separating element f in the first longitudinal region a. Here are the pins 52 thus integral with the vanes 18 educated. The pencils 52 However, they can also be separate from the vanes 18 be formed and mounted as separate components. The centering insert 50 points with the pins 52 corresponding receiving openings, in particular holes, which, with the pins 52 interact and so does the baffle 1 in the turbine housing 12 Center.
Wie den 30–32 zu entnehmen ist, ist es insbesondere bei einem als Mixed-Flow-Turbinenrad ausgebildeten Turbinenrad 9 strömungsgünstig vorteilhaft, eine auf Seiten des ersten Längenbereichs a angeordnete bzw. dem ersten Längenbereich a zugewandte Stirnseite des Trennelements f schräg zur radialen Richtung verlaufend auszugestalten, sodass diese nicht-orthogonal zur Drehachse 16 verläuft.Like that 30 - 32 it can be seen, it is especially in a turbine wheel designed as a mixed-flow turbine wheel 9 aerodynamically advantageous to design an arranged on the side of the first length range a or the first length range a facing end face of the separating element f obliquely to the radial direction, so that they are non-orthogonal to the axis of rotation 16 runs.
Durch diese Schrägstellung der auf Seiten des ersten Längenbereichs a angeordneten Stirnseite des Trennelements f kann insbesondere eine Geschwindigkeits-Komponente der Strömung des Abgases in Richtung des Turbinenaustritts eingestellt werden. Dies ist vorteilhaft für die Ansteuerung des insbesondere als Mixed-Flow-Turbinerad ausgebildeten Turbinenrads 9.As a result of this inclination of the end side of the separating element f arranged on the side of the first length region a, in particular a velocity component of the flow of the exhaust gas in the direction of the turbine outlet can be set. This is advantageous for controlling the turbine wheel designed in particular as a mixed-flow turbine wheel 9 ,
Ein solches Mixed-Flow-Turbinenrad (Mischströmung-Turbinenrad) zeichnet sich dadurch aus, dass es über jeweilige Anströmkanten der Leitschaufeln 18 sowohl zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung als auch zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung von dem Abgas angeströmt wird. Mit anderen Worten hat die Strömung des das Mixed-Flow-Turbinenrad anströmenden Abgases sowohl eine Richtungskomponente in axialer Richtung wie auch eine Richtungskomponente in radialer Richtung.Such a mixed-flow turbine wheel (mixed-flow turbine wheel) is characterized in that it has respective leading edges of the guide vanes 18 is flowed at least substantially in the radial direction as well as at least substantially in the axial direction of the exhaust gas. In other words, the flow of the exhaust gas flowing into the mixed-flow turbine wheel has both a directional component in the axial direction and a directional component in the radial direction.
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EP 1301689 B1 [0005] EP 1301689 B1 [0005]
