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Die Erfindung betrifft eine Turbine für einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Heutige moderne Verbrennungskraftmaschinen für Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, sind mit Abgasturboladern ausgestattet, die ein jeweiliges Verdichterrad und ein jeweiliges Turbinenrad aufweisen. Zur Darstellung hoher Anfahrmomente und sehr guter Agilitäten weisen die Verdichter- und Turbinenräder, welche auch als Laufräder bezeichnet werden, relativ kleine Laufraddurchmesser und somit geringe polare Massenträgheitsmomente auf.
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Diese hochdrehenden Laufräder ermöglichen zwar die Darstellung eines sehr schnellen Ansprechverhaltens, so dass das sogenannte Turboloch vermieden oder zumindest sehr gering gehalten werden kann. Jedoch haben sie einen grundlegenden Nachteil, der sich in hohen sogenannten Abblaseraten äußert. Im Rahmen des sogenannten Abblasens bei Turbinen von Abgasturboladern wird das jeweilige Turbinenrad über wenigstens einen Umgehungskanal umgangen, so dass das den korrespondierenden Umgehungskanal durchströmende Abgas das Turbinenrad nicht antreibt. Im Abgas enthaltene Energie kann somit nicht genutzt werden.
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Die Abblaseraten herkömmlicher Abgasturbolader für Ottomotoren mit hohen Agilitätsanforderungen befinden sich üblicherweise in Bereichen zwischen mindestens 40% bis hin zu über 60% der gesamten Abgasmenge im Nennpunkt der Verbrennungskraftmaschine. Somit werden z. B. für Ottomotoren mit einem Hubvolumen von 1,6 Litern mindestens Druck-Exergiepotentiale über 20 kW ungenutzt in Wärme vernichtet. Die Rückwirkungen dieser Exergieverschwendung auf die entsprechende Turbine wie auch auf einen gesamten Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine sind extrem hohe Abgas- und Bauteiltemperaturen bis an jeweilige Werkstoffgrenzen von Hochtemperaturwerkstoffen in der Größenordnung von 1050°C bis 1100°C. Häufig werden die aus einem Motorauslass der Verbrennungskraftmaschine ausströmenden Abgasmengen noch zusätzlich mit einer Kraftstoffanfettung von mehr als 20% des verbrannten Kraftstoffes zur Abgaskühlung versehen.
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Neben den verbrauchserhöhenden Ladungswechselnachteilen der herkömmlichen, aufgeladenen Ottomotoren insbesondere für Personenkraftwagen infolge der sehr klein dimensionierten Turbinen werden somit auch gewichtige Kraftstoffverbrauchsnachteile nur zur Kühlung des Abgases verschwendet. Dies bedeutet, dass die kleinen Turbinenräder zwar ein sehr gutes Ansprechverhalten aufweisen, jedoch auch zu sehr kleinen Turbinenschluckfähigkeiten führen. Die Turbinen befinden sich somit an Werkstoff-Temperatur-Grenzen mit allen Problemen, die sich in den erschwerten mechanischen Funktionalitäten der Turbine und thermischen Austrittskrümmerbeanspruchungen widerspiegeln.
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Die
DE 10 2008 063 656 A1 offenbart eine Turbine für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Turbinengehäuse und mit einem in dem Turbinengehäuse um eine Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse drehbar aufgenommenen Turbinenrad, welches einen Turbinenradaustrittsbereich mit einem Austrittsquerschnitt aufweist. Über den Austrittsquerschnitt ist das Turbinenrad von Abgas abströmbar. Es ist ein erstes Stellelement vorgesehen, mittels welchem ein stromauf des Turbinenrads angeordneter und von dem Turbinenrad zuzuführendem Abgas durchströmbarer Eintrittsquerschnitt variabel einstellbar ist. Ferner ist ein zweites Stellelement vorgesehen, mittels welchem ein stromab des Turbinenrads angeordneter und von das Turbinenrad abströmendem Abgas durchströmbarer Austrittsquerschnitt variabel einstellbar ist. Das zweite Stellelement ist dabei als Konusschieber ausgebildet.
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Um bei herkömmlichen Turbinen die eingangs geschilderte, sich negativ auf den Kraftstoffverbrauch auswirkende Abblasung zu vermeiden, ist es erforderlich, auch den Eintrittsquerschnitt und in der Folge auch einen Austrittsdurchmesser eines Verdichters des Abgasturboladers hinsichtlich einer optimalen Paarung zu vergrößern, um eine hinreichende Schluckfähigkeit der Turbine zu realisieren. Dies beeinträchtigt jedoch die Schnelllläufigkeit der Turbine, so dass sie ein nur unzureichendes Ansprechverhalten sowie eine nur unzureichende Agilität aufweist. Dadurch wird die Fahrbarkeit der Verbrennungskraftmaschine unerwünschterweise beeinträchtigt.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbine für einen Abgasturbolader der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine sehr hohe Agilität sowie gleichzeitig eine sehr hohe Schluckfähigkeit aufweist, so dass eine Abblasung vermieden oder zumindest sehr gering gehalten werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Turbine für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Turbine für einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Turbine eine sehr hohe Agilität sowie eine sehr hohe Schluckfähigkeit aufweist, infolge derer eine Abblasung von Abgas vermieden oder zumindest sehr gering gehalten werden kann, sind erfindungsgemäß ein zweiter Turbinenradaustrittsbereich mit einem zweiten, dem ersten Austrittsquerschnitt in axialer Richtung gegenüberliegenden Austrittsquerschnitt des Turbinenrads und wenigstens ein Stellelement vorgesehen, wobei mittels des Stellelements eine das Turbinenrad über den zweiten Austrittsquerschnitt abströmende Menge des Abgases einstellbar ist. Mit anderen Worten weist das Turbinenrad einen zweiten Turbinenradaustrittsbereich mit einem zweiten Austrittsquerschnitt auf, wobei der erste Austrittsquerschnitt auf einer ersten Seite des Turbinenrads und der zweite Austrittsquerschnitt auf einer der ersten Seite in axialer Richtung des Turbinenrads gegenüberliegenden, zweiten Seite angeordnet ist. Mittels des Stellelements ist eine bedarfsgerechte Einstellung der Menge des Abgases möglich, welches das Turbinenrad über den zweiten Austrittsquerschnitt abströmt. Durch die bedarfsgerechte Einstellung dieser Menge, wobei beispielsweise der zweite Austrittsquerschnitt selbst eingestellt wird, ermöglicht die Darstellung eines sehr großen Gesamtquerschnitts, welcher die Austrittsquerschnitte umfasst und über welchen das Turbinenrad vom Abgas abströmbar ist.
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Wird der zweite Austrittsquerschnitt beispielsweise zu dem ersten Austrittsquerschnitt zugeschaltet bzw. vergrößert, so können das Turbinenrad und die Turbine von einer besonders hohen Menge an Abgas, d. h. von einem besonders hohen Volumenstrom und/oder Massenstrom des Abgases durchströmt werden. Die Turbine weist somit eine sehr hohe Schluckfähigkeit auf, ohne dass eine Abblasung vorgesehen und erforderlich ist. Mit anderen Worten ist die hohe Schluckfähigkeit realisierbar, ohne dass das Turbinenrad von Abgas umgangen und somit von dem das Turbinenrad umgehenden Abgas nicht angetrieben wird.
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Gleichzeitig kann das Turbinenrad klein und somit mit einem nur geringen polaren Massenträgheitsmoment ausgestaltet werden, so dass es ein sehr gutes Ansprechverhalten und somit eine sehr gute Agilität aufweist. Um das Turbinenrad schnell zu beschleunigen, wird beispielsweise der zweite Austrittsquerschnitt abgeschaltet bzw. verkleinert, so dass das Turbinenrad überwiegend oder – abgesehen von etwaigen Leckageströmen – ausschließlich über den ersten Austrittsquerschnitt abgeströmt wird. Unter Abschaltung des zweiten Austrittsquerschnitts ist dabei zu verstehen, dass ein Durchströmen des zweiten Austrittsquerschnitts von Abgas mittels des Stellelements verhindert oder gegenüber der Zuschaltung verringert ist.
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Bei der Turbine ist es somit möglich, kleine und für die Agilität der Turbine vorteilhafte Durchmesser sowohl des Turbinenrads als auch eines Verdichterrads eines Verdichters des Abgasturboladers zumindest im Wesentlichen unverändert beizubehalten und dennoch die Schluckfähigkeit der Turbine so weit zu steigern, dass eine Abblasung von Abgas nicht mehr notwendig ist und dass der sich einstellende Turbinenwirkungsgrad der als Volldurchsatz-Turbine ausgebildeten Turbine, bezogen auf die Gesamtabgasmenge, besonders bei hohen Abgasdurchsätzen gegenüber Abblaseturbinen, bei denen ein Abblasung durchgeführt wird, höher ist. Als Folge dieser realisierten Volldurchsatz-Turbine können Austrittsdrücke an einem Abgasauslass der Verbrennungskraftmaschine sowie Austrittstemperaturen des Abgases bei zumindest im Wesentlichen gleichbleibenden spezifischen Leistungen und/oder Drehmomenten der Verbrennungskraftmaschine abgesenkt werden, wodurch vorteilhafte Turbinenvariabilitäten zum Einstellen von Strömungsquerschnitten mit sehr hohen Funktionalitätssicherheiten besonders leicht entwickelt werden können. Die Turbine ermöglicht es somit, den eingangs erwähnten Zielkonflikt, demzufolge sich eine Steigerung der Schluckfähigkeit nur durch eine unerwünschte Vergrößerung des Turbinenrads realisierbar ist, gelöst werden.
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Zur Realisierung eines besonders geringen Bauraumbedarfs ist die Turbine vorzugsweise als Radialturbine ausgebildet, wobei das Turbinenrad im Betrieb in radialer Richtung von außen nach innen von Abgas angeströmt und zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung von dem Abgas abgeströmt wird.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Stellelement innerhalb wenigstens eines Gehäuseelements, insbesondere des Turbinengehäuses, des Abgasturboladers angeordnet. Dadurch kann ein besonders geringer Bauraumbedarf der Turbine realisiert werden. Darüber hinaus ist ein besonders wirkungsgradgünstiger Betrieb darstellbar.
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Das Stellelement kann jedoch auch außerhalb des Turbinengehäuses angeordnet werden, so dass die Einstellung der Menge des den zweiten Austrittsquerschnitt durchströmenden Abgases besonders einfach und kostengünstig realisierbar ist.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Stellelement innerhalb des Turbinengehäuses angeordnet ist, wobei ein zweites Stellelement zum Einstellen der Menge des das Turbinenrad über den zweiten Austrittsquerschnitt abströmenden Abgases vorgesehen ist, und wobei das zweite Stellelement außerhalb des Turbinengehäuses angeordnet ist. Mittels des bezüglich des Turbinengehäuses externen, zweiten Stellelements ist es möglich, in einer entsprechenden Schließposition des zweiten Stellelements den zweiten Austrittsquerschnitt fluidisch zu versperren, so dass er nicht mehr von Abgas durchströmbar ist. Dabei können etwaige Leckageströme des Abgases bei nur sehr geringen, auf das erste Stellelement wirkenden Gaskrafteffekten besonders gering gehalten werden. Mittels des internen, ersten Stellelements kann ferner eine Rückwirkung verlustträchtiger Strömungsstörungen im Turbinenrad besonders gering gehalten werden.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das wenigstens eine Stellelement, d. h. das erste und/oder das zweite Stellelement, in axialer Richtung relativ zu dem Turbinengehäuse bewegbar ist. Hierdurch ist eine einfache und robuste Einstellung der Menge des den zweiten Austrittsquerschnitt durchströmenden Abgases darstellbar.
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Zur Realisierung eines besonders effizienten Betriebs der Turbine ist wenigstens ein Eintrittselement vorgesehen, mittels welchem ein stromauf des Turbinenrads angeordneter und von dem Turbinenrad zuzuführendem Abgas durchströmbarer Eintrittsquerschnitt einstellbar ist. Die Turbine und insbesondere ihr Eintrittsquerschnitt und ihr zweiter Austrittsquerschnitt kann somit besonders variabel an unterschiedliche Betriebspunkte und somit an unterschiedliche Volumenströme und/oder Massenströme des Abgases der Verbrennungskraftmaschine angepasst werden. Ferner ist es möglich, besonders große Durchsatzspreizungen der Turbine zu realisieren.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind das Eintrittselement und das wenigstens eine Stellelement über eine Kopplungseinrichtung miteinander gekoppelt. Dadurch ist es beispielsweise möglich, das Eintrittselement und das wenigstens eine Stellelement über die Kopplungseinrichtung mittels wenigstens eines dem Eintrittselement und dem wenigstens einen Stellelement gemeinsamen Stellglieds zu verstellen. Dies führt zu einer nur sehr geringen Teileanzahl, einem geringen Gewicht sowie einem geringen Bauraumbedarf der Turbine.
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In weiterer besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Kopplungseinrichtung dazu ausgelegt, dass das Eintrittselement in einem ersten Teilbereich seines Verstellbereichs unabhängig von dem wenigstens einen Stellelement und in einem zweiten Teilbereich des Verstellbereichs zusammen mit dem wenigstens einen Stellelement bewegbar ist. Hierdurch ist eine besonders vorteilhafte Verstellbarkeit des Eintrittselements und des wenigstens einen Stellelements geschaffen, so dass die Turbine bedarfsgerecht an unterschiedliche Betriebspunkte angepasst werden kann. Dabei ist es möglich, im ersten Teilbereich des Verstellbereichs den Eintrittsquerschnitt einzustellen, d. h. zu verändern, ohne dass damit eine Einstellung, d. h. Veränderung des zweiten Austrittsquerschnitts, insbesondere der Menge des das Turbinenrad über den zweiten Austrittsquerschnitt abströmenden Abgases, einhergeht.
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Mit anderen Worten kann – trotz der Kopplung des wenigstens einen Stellelements mit dem Eintrittselement – im ersten Teilbereich des Verstellbereichs der Eintrittsquerschnitt beeinflusst werden, ohne den zweiten Austrittsquerschnitt bzw. die Menge des das Turbinenrad über den zweiten Austrittsquerschnitt abströmenden Abgases zu beeinflussen.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn ein Verhältnis des zweiten Austrittsquerschnitts zu einer Summe aus dem ersten Austrittsquerschnitt und dem zweiten Austrittsquerschnitt in einem Bereich von einschließlich 0,25 bis einschließlich 0,75 liegt. Hierdurch kann einerseits eine besonders hohe Schluckfähigkeit und andererseits eine sehr hohe Agilität der Turbine realisiert werden.
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Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Turbinenrad erste Laufradschaufeln, welche beiden Austrittsquerschnitten zugeordnet sind, und zweite Laufradschaufeln, welche bezogen auf die Austrittsquerschnitte lediglich dem zweiten Austrittsquerschnitt zugeordnet sind, aufweist. Mittels dieser Laufradschaufeln kann das Abgas sehr gut geführt werden, so dass das Turbinenrad effizient antreibbar ist.
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Zur Erfindung gehört auch eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Turbine. Die Verbrennungskraftmaschine ist auch in einem instationären Betrieb besonders effizient und kraftstoffverbrauchsarm antreibbar, da eine Abblasung, d. h. eine Umgehung des Turbinenrads mit Abgas vermieden werden kann. Gleichzeitig weist die Verbrennungskraftmaschine eine sehr gute Fahrbarkeit bei einem Einsatz in einem Kraftwagen, insbesondere einem Personenkraftwagen, auf. Dies bedeutet, dass beispielsweise das sogenannte Turboloch vermieden oder zumindest sehr gering gehalten werden kann.
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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.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1a eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen mit einer Turbine, welche ein Turbinengehäuse und ein in dem Turbinengehäuse aufgenommenes Turbinenrad umfasst, wobei das Turbinenrad zwei Turbinenradaustrittsbereiche mit jeweiligen, einander gegenüberliegend angeordneten Austrittsquerschnitten aufweist, über welche das Turbinenrad von Abgas abströmbar ist, und wobei ein Stellelement vorgesehen ist, mittels welchem eine Menge von das Turbinenrad über einen der Austrittsquerschnitte abströmendem Abgas einstellbar ist, gezeigt in einer Schließstellung des Stellelements;
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1b eine weitere schematische Darstellung der Verbrennungskraftmaschine mit der Turbine, gezeigt in einer Offenstellung des Stellelements;
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2a eine weitere schematische Darstellung der Verbrennungskraftmaschine mit der Turbine gemäß einer zweiten Ausführungsform, bei welcher das Stellelement außerhalb des Turbinengehäuses angeordnet ist, gezeigt in der Schließstellung des Stellelements;
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2b eine weitere schematische Darstellung der Verbrennungskraftmaschine mit der Turbine gemäß 2a, gezeigt in der Offenstellung des Stellelements;
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3a ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der Turbine gemäß einer dritten Ausführungsform, gezeigt in der Schließstellung des Stellelements;
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3b ausschnittsweise eine schematische Draufsicht der Turbine gemäß 3a;
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3c ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der Turbine gemäß der dritten Ausführungsform, gezeigt in der Offenstellung des Stellelements;
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3d ausschnittsweise eine schematische Draufsicht der Turbine gemäß 3c;
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4a ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der Turbine gemäß einer vierten Ausführungsform;
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4b ausschnittsweise eine schematische Draufsicht der Turbine gemäß 4a;
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5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wirkung der Turbine; und
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6 eine schematische Darstellung der Verbrennungskraftmaschine mit der Turbine gemäß 1a und 1b, wobei ein von der Turbine antreibbarer Verdichter eines die Turbine umfassenden Abgasturboladers zwei Radrücken an Radrücken angeordnete Verdichterräder umfasst.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1a und 1b zeigen eine Verbrennungskraftmaschine 10 für einen Kraftwagen. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und weist wenigstens einen, in 1a und 1b nicht dargestellten Brennraum in Form eines Zylinders auf.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist einen Ansaugtrakt 12 auf, über den die Verbrennungskraftmaschine 10 während ihres Betriebs Luft ansaugt. Im Ansaugtrakt 12 ist ein Verdichter 14 eines Abgasturboladers 16 der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordnet. Der Verdichter 14 umfasst ein in 1a und 1b nicht dargestelltes Verdichtergehäuse, in welchem ein Verdichterrad 18 um eine Drehachse relativ zu dem Verdichtergehäuse drehbar aufgenommen ist. Mittels des Verdichterrads 18 wird die der Verbrennungskraftmaschine 10 zuzuführende Luft verdichtet.
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Stromab des Verdichters 14 ist im Ansaugtrakt 12 ein Ladeluftkühler 20 angeordnet, mittels welchem die verdichtete und dadurch erwärmte Luft gekühlt wird. Stromab des Ladeluftkühlers 20 ist im Ansaugtrakt 12 eine Luftdosierungsvorrichtung vorliegend in Form einer Drosselklappe 22 angeordnet, mittels welcher eine der Verbrennungskraftmaschine 10 zuzuführende Menge der Luft einstellbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst auch eine Recheneinrichtung 25, welche beispielsweise ein Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine 10 ist. Die Recheneinrichtung 25 ist mit der Drosselklappe 22 gekoppelt und dient zum Steuern oder Regeln der Drosselklappe 22.
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Zum Verdichten der Luft wird in einem Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 enthaltene Energie genutzt. Das Abgas, welches aus Verbrennungsvorgängen der Luft mit Kraftstoff resultiert, wird der Verbrennungskraftmaschine 10 über einen Abgastrakt 24 dieser abgeführt. Im Abgastrakt 24 ist eine Turbine 26 des Abgasturboladers 16 angeordnet. Die Turbine 26 umfasst ein in 1a und 1b nicht dargestelltes Turbinengehäuse, in welchem ein Turbinenrad 28 der Turbine 26 um eine Drehachse relativ zum Turbinengehäuse drehbar aufgenommen ist. Die Drehachse des Turbinenrads 28 fällt dabei mit der Drehachse des Verdichterrads 18 zusammen. Das Verdichterrad 18 und das Turbinenrad 28 sind mit einer Welle 30 des Abgasturboladers 16 drehfest gekoppelt. Das Abgas wird dem Turbinenrad 28 mittels des Turbinengehäuses zugeführt, so dass das Abgas das Turbinenrad 28 anströmen und dadurch antreiben kann. Infolge der drehfesten Verbindung des Verdichterrads 18 und des Turbinenrads 28 mit der Welle 30 wird das Verdichterrad 18 über die Welle 30 vom Turbinenrad 28 angetrieben. Das Abgas wird durch das Antreiben der Turbine 26 expandiert und strömt anschließend zu einer im Abgastrakt 24 angeordneten und in 1a und 1b nicht dargestellten Abgasnachbehandlungseinrichtung der Verbrennungskraftmaschine 10.
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Die Turbine 26 umfasst ein in 1a und 1b sehr schematisch dargestelltes Eintrittselement 32, mittels welchem ein stromauf des Turbinenrads 28 angeordneter und von dem dem Turbinenrad 28 zuzuführenden Abgas durchströmbarer Eintrittsquerschnitt einstellbar ist. Durch das Eintrittselement 32 ist somit eine sogenannte Eintrittsvariabilität geschaffen, so dass der Eintrittsquerschnitt an unterschiedliche Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine 10 und somit an unterschiedliche Volumen- und/oder Massenströme des Abgases angepasst werden kann. Hierdurch ist ein besonders effizienter Betrieb der Turbine 26 realisierbar. Zum Einstellen des Eintrittselements 32 ist dieses mit der Recheneinrichtung 25 gekoppelt, über die das Eintrittselement 32 geregelt oder gesteuert wird.
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Bei dieser Eintrittsvariabilität (Eintrittselement 32) kann es sich um einen Drehschaufler oder um einen Axialschieber handeln. Alternativ dazu kann es sich um einen sogenannten Zungenschieber handeln, welcher eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Turbinenrads 28 über dessen Umfang vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnete Sperrkörper vorzugsweise in Form von Zungen umfasst, mittels welchen der Eintrittsquerschnitt sowie vorteilhafterweise ein Drall des Abgases variabel einstellbar ist. Die Zungen sind dabei um die Drehachse des Turbinenrads 28 relativ zum Turbinengehäuse drehbar, wodurch der Eintrittsquerschnitt eingestellt wird. Zur Realisierung einer einfachen Betätigung der Zungen sind diese mit einem den Zungen gemeinsamen Ring gekoppelt, welcher um die Drehachse des Turbinenrads 28 drehbar ist, wobei die Zungen mit dem Ring mitdrehbar sind. Der Zungenschieber eignet sich besonders gut für Ottomotoren, da eine besonders hohe Durchsatzspreizung darstellbar ist.
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Das Turbinenrad 28 weist einen ersten Turbinenradaustrittsbereich 34 mit einem ersten Austrittsquerschnitt A2 auf. Dabei ist das Turbinenrad 28 über den ersten Austrittsquerschnitt A2 von dem Abgas abströmbar. Mit anderen Worten strömt das Abgas das Turbinenrad 28, nachdem das Abgas das Turbinenrad 28 angetrieben hat, über den ersten Austrittsquerschnitt A2 und den ersten Turbinenradaustrittsbereich 34 ab. Die Turbine 26 ist dabei als Radialturbine ausgebildet, so dass das Abgas das Turbinenrad 28 in radialer Richtung von außen nach innen anströmt und zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung das Turbinenrad 28 abströmt.
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Wie in Zusammenschau mit 1b erkennbar ist, weist das Turbinenrad 28 nun einen zweiten Turbinenradaustrittsbereich 36 mit einem zweiten Austrittsquerschnitt A2' auf. Das Abgas kann – je nach Einstellung der Turbine 26 und wie im Folgenden noch erläutert wird – das Turbinenrad 28 auch über den zweiten Austrittsquerschnitt A2' und den zweiten Turbinenradaustrittsbereich 36 abströmen. Wie aus 1a und 1b zu erkennen ist, ist der zweite Turbinenradaustrittsbereich 36 in axialer Richtung des Turbinenrads 28 dem ersten Turbinenradaustrittsbereich 34 gegenüberliegend angeordnet, wobei auch der zweite Austrittsquerschnitt A2' in axialer Richtung des Turbinenrads 28 dem ersten Austrittsquerschnitt A2 gegenüberliegend angeordnet ist. Mit anderen Worten sind der erste Turbinenradaustrittsbereich 34 und der erste Austrittsquerschnitt A2 auf einer ersten Seite 38 des Turbinenrads 28 angeordnet, während der zweite Turbinenradaustrittsbereich 36 und der zweite Austrittsquerschnitt A2' auf einer der ersten Seite 38 in axialer Richtung abgewandten, zweiten Seite 40 des Turbinenrads 28 und so auf Seiten eines Laufradrückens des Turbinenrads 28 angeordnet sind.
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Aus 1a und 1b ist auch ein Lagergehäuse 35 des Abgasturboladers 16 erkennbar. Ein Rotor 37 des Abgasturboladers 16, wobei der Rotor 37 das Verdichterrad 18, das Turbinenrad 28 und die Welle 30 umfasst, ist dabei am Lagergehäuse 35 relativ zum Lagergehäuse 35 drehbar gelagert. Der zweite Austrittsquerschnitt A2' ist dabei auf Seiten des Lagergehäuses 35 angeordnet, d. h. zum Lagergehäuse 35 hin ausgerichtet.
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Die Turbine 26 umfasst darüber hinaus ein in 1a und 1b sehr schematisch dargestelltes Stellelement 42, mittels welchem eine das Turbinenrad über den zweiten Austrittsquerschnitt A2' abströmende Menge des Abgases einstellbar ist. Um diese Menge des den zweiten Austrittsquerschnitt A2' durchströmenden Abgases, d. h. des das Turbinenrad 28 über den zweiten Austrittsquerschnitt A2' abströmenden Abgases einzustellen, ist das Stellelement 42 gemäß 1a und 1b relativ zum Turbinengehäuse in axialer Richtung translatorisch bewegbar, d. h. verschiebbar.
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Gemäß 1a und 1b ist das Stellelement 42 innerhalb eines Gehäuseelements des Abgasturboladers 16 aufgenommen. Bei diesem Gehäuseelement kann es sich um das Lagergehäuse 35 oder um das Turbinengehäuse handeln. Gemäß 1a und 1b ist das Stellelement 42 innerhalb der Turbine 26 zwischen dem zweiten Austrittsquerschnitt A2' und dem Lagergehäuse 35 angeordnet.
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Das Stellelement 42 ist zwischen einer in 1a gezeigten Schließstellung und wenigstens einer in 1b gezeigten Offenstellung verschiebbar. In der Schließstellung ist der zweite Austrittsquerschnitt A2' fluidisch maximal versperrt. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der zweite Austrittsquerschnitt A2' – bis auf etwaige Leckageströme – nicht mehr von Abgas durchströmbar ist, d. h. dass das Turbinenrad 28 in der Schließstellung nicht über den zweiten Austrittsquerschnitt A2' abgeströmt werden kann. In der Offenstellung ist der zweite Austrittsquerschnitt A2' gegenüber der Schließstellung freigegeben, so dass das Turbinenrad 28 über den zweiten Austrittsquerschnitt A2' von Abgas abgeströmt werden kann. Im Folgenden wird als die Offenstellung die Stellung des Stellelements 42 bezeichnet, in der der zweite Austrittsquerschnitt A2' maximal freigegeben ist. Dies bedeutet, dass das Turbinenrad 28 in der Offenstellung von einer maximal einstellbaren Menge über den zweiten Austrittsquerschnitt A2' abströmbar ist.
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Vorzugsweise ist das Stellelement 42 auch in wenigstens eine Zwischenstellung und vorzugsweise in mehrere Zwischenstellungen zwischen der Offenstellung und der Schließstellung einstellbar, in denen der zweite Austrittsquerschnitt A2' gegenüber der Schließstellung fluidisch freigegeben und gegenüber der Offenstellung fluidisch verengt ist. Durch das Stellelement 42 ist somit eine Variabilität geschaffen, welche eine bedarfsgerechte Einstellung des zweiten Austrittsquerschnitts A2' ermöglicht.
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Mittels des bewegbaren Stellelements 42 ist der zweite Austrittsquerschnitt A2' zu dem stets freigegeben ersten Austrittsquerschnitt A2 bedarfsgerecht zuschaltbar, so dass die Turbine 26 eine sehr hohe Schluckfähigkeit aufweist. Dies bedeutet, dass die Turbine 26 von einer besonders hohen Menge an Abgas durchströmt werden kann, so dass Abgasgegendrücke für die Verbrennungskraftmaschine 10 gering gehalten werden können. Gleichzeitig ist bei der Turbine 26 keine Abblasung des Abgases vorgesehen. Mit anderen Worten ist es nicht vorgesehen, dass das Turbinenrad 28 von Abgas umgangen wird. Durch den zuschaltbaren, d. h. fluidisch freigebbaren, und abschaltbaren, d. h. fluidisch versperrbaren, zweiten Austrittsquerschnitt A2' ist es ferner möglich, das Turbinenrad 28 besonders klein und somit mit einem geringen polaren Massenträgheitsmoment auszugestalten, so dass die Turbine 26 eine sehr hohe Agilität aufweist.
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2a und 2b zeigen die Turbine 26 gemäß einer zweiten Ausführungsform. 2a zeigt das Stellelement 42 in seiner Schließstellung, während 2b das Stellelement 42 in seiner Offenstellung zeigt. Wie aus 2a und 2b erkennbar ist, ist das Stellelement 42 nun außerhalb des Turbinengehäuses angeordnet. Bei dem Stellelement 42 handelt es sich um eine einfache und kostengünstige Klappe. Auch die Verwendung von einfachen und kostengünstigen Ventilen als das Stellelement 42 ist ohne weiteres möglich. Zum Regeln oder Steuern des Stellelements 42 gemäß 2a und 2b ist dieses wiederum mit der Recheneinrichtung 25 gekoppelt.
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3a–d zeigen die Turbine 26 gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei sich das Stellelement 42 gemäß 3a und 3b in seiner Schließstellung und gemäß 3c und 3d in seiner Offenstellung befindet.
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3b und 3d zeigen einen Zylinderschnitt einer Laufradschaufel 44 des Turbinenrads 28. Dementsprechend ist vom Turbinenrad 28 in 3b und 3d ein Radsegment 43 erkennbar. Aus 3b und 3d ist besonders gut die Gestaltung der Laufradschaufel 44 erkennbar. Die Laufradschaufel 44 weist zu einer dem ersten Austrittsquerschnitt A2 zugeordneten Schaufelfront 59 hin einen ersten Radaustrittswinkel β2 und zu einer dem zweiten Austrittsquerschnitt A2' zugeordneten Schaufelfront 57 hin einen zweiten Radaustrittswinkel β2' auf. Die jeweiligen Radaustrittswinkel β2 und β2' liegen bezogen auf einen jeweiligen Mittelwert in einem Bereich von einschließlich 20° bis einschließlich 60°, so dass bezogen auf die Austrittsquerschnitte A2 und A2' eine vorteilhafte Strömungsumlenkung des Abgases im Turbinenrad 28 bewirkt werden kann. Die jeweilige Abströmrichtung des Abgases von der Laufradschaufel 44 im Absolutsystem ist in 3b und 3d durch Richtungspfeile 46 veranschaulicht. Die Form der Laufradschaufel 44 lässt sich zumindest näherungsweise mittels Parabel- bzw. Ellipsenteilkurven beschreiben, die einen Scheitelpunkt und die beiden Endpunkte mit den Radaustrittstangenten besitzen, welche die jeweiligen Radaustrittswinkel β2 und β2' zu den beiden Schaufelfronten 57, 59 entgegen der Drehrichtung des Turbinenrads 28 einschließen wobei die Drehrichtung des Turbinenrads 28 in 3b und 3d durch einen Richtungspfeil U dargestellt ist. Die Schaufelfronten 57, 59 sind Schaufelaustrittsfronten.
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Die Laufradschaufel 44 weist somit zwei Austrittskanten auf, über die die Laufradschaufel 44 vom Abgas abgeströmt wird. Eine erste der Austrittskanten ist der Schaufelfront 59 und somit dem ersten Austrittsquerschnitt A2 zugeordnet, während eine zweite der Austrittskanten der Schaufelfront 57 und somit dem zweiten Austrittsquerschnitt A2' zugeordnet ist.
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In 3a und 3c ist die Drehachse, um die das Turbinenrad 28 drehbar ist, mit 48 bezeichnet. Das Stellelement 42 ist gemäß 3a und 3c als axial verschiebbare Ringscheibe ausgebildet, welche auch als Varioscheibe bezeichnet wird. Gemäß 3a befindet sich die Varioscheibe in ihrer Schließstellung, wodurch der gesamte Abgasmassenstrom nur durch den herkömmlichen, ersten Austrittsquerschnitt A2 ausströmen kann.
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Die in 3c gezeigte maximale Offenstellung der Ringscheibe gibt einen Sammelraum 50 für das Ausströmen des maximalen Abgasteilstroms frei. Zwischen diesen beiden Extrempositionen in Form der Schließstellung und der Offenstellung sind beliebig viele Zwischenstellungen möglich, die die temporäre Gesamtdurchsatzkapazität und die Aufteilung des ausströmenden Abgasmassenstroms durch die beiden Austrittsquerschnitte A2' und A2 der Turbine 26 zur nachfolgenden Abgasnachbehandlungseinrichtung festlegt.
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Der Sammelraum 50 mündet zumindest im Wesentlichen gasdicht in eine Austrittsverrohrung, die zumindest weitgehend radial zur Drehachse 48 und dann axial hin zu einer Austrittsverrohrung des ersten Austrittsquerschnitts A2 geführt wird. Die dem ersten Austrittsquerschnitt A2 zugeordnete Abgasverrohrung, welche vom das Turbinenrad 28 über den ersten Austrittsquerschnitt A2 abströmenden Abgas durchströmbar ist, und die dem zweiten Austrittsquerschnitt A2' zugeordnete Abgasverrohrung, die vom das Turbinenrad 28 über den zweiten Austrittsquerschnitt A2' abströmenden Abgas durchströmbar ist, sind vorzugsweise stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung fluidisch miteinander verbunden, d. h. zusammengeführt.
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In 3a und 3c ist auch eine mit 52 bezeichnete der Zungen des Zungenschiebers erkennbar. Jeweilige Zungenspitzen der Zungen greifen hierbei jeweilige Strömungsflächen von jeweils zugeordneten Zuführkanälen des Turbinengehäuses so weit ab, dass der Radeintrittsdrall und eine effektive Radzuströmfläche bedarfsgerecht beeinflussbar sind. Die Zuführkanäle können sich dabei in Umfangsrichtung des Turbinenrads 28 über dessen Umfang zumindest im Wesentlichen spiralförmig erstrecken und somit als Spiralkanäle ausgebildet sein. Einer dieser zumindest im Wesentlichen spiralförmigen Zuführkanäle ist in 3a–d erkennbar und mit 63 bezeichnet.
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Die Verwendung des Zungenschiebers ist auch insofern vorteilhaft, als mehrere Strömungssegmente der beispielsweise als Mehrsegment-Turbine ausgebildeten Turbine 26 mit nur einem einfachen Schieber in Form des Zungenschiebers ausgestattet werden können. Dabei korrespondiert die Anzahl der Zungen mit der Anzahl der Strömungssegmente, welche beispielsweise spiralförmig und entsprechend als Segmentspiralen ausgestaltet sind. In 3a und 3c ist der Ring, mit dem die Zungen drehfest verbunden sind, mit 54 bezeichnet. Der Ring 54 wird üblicherweise auch als Drehring bezeichnet.
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Vorliegend sind das Eintrittselement 32 (Zungenschieber) und das Stellelement 42 miteinander gekoppelt, so dass sie zumindest in einem Teilbereich ihrer jeweiligen Verstellbereiche simultan, d. h. gleichzeitig miteinander bewegbar sind. Diese Kopplung des Zungenschiebers und der Varioscheibe erfolgt gemäß 3a–d über ein oder mehrere in Umfangsrichtung des Turbinenrads 28 über dessen Umfang verteilt angeordnete Kulissenelemente vorliegend in Form von Kulissenstiften 56, die von der festen Gehäuseseite durch Axialnuten 58 geführt werden. Der Drehring (Ring 54), an dem die drehbaren Zungen im Düsenbereich zur Turbine 26 befestigt sind, ist mit Kulissennuten 60 versehen, die bei der Drehung des Drehrings die axiale Position und Zuordnung der Varioscheibe zu den Zungen bestimmen. Mit anderen Worten werden die Kulissenstifte 56 beim Drehen des Rings 54 entlang der Axialnuten 58 derart geführt, dass die Drehbewegung des Rings 54 um die Drehachse 48 in eine axialen Verschiebung des Stellelements 42 (Varioscheibe) umgewandelt wird.
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Vorzugsweise ist bei einer maximalen Öffnung des Zungenschiebers, d. h. bei einer Einstellung des maximalen Werts des Eintrittsquerschnitts, auch das Stellelement 42 in seiner maximalen Offenstellung eingestellt. Eine entsprechende Ausgestaltung der Kulissennuten 60 kann so eingestellt werden, dass der Zungenschieber ausgehend von einer den Eintrittsquerschnitt maximal verengenden Schließstellung des Zungenschiebers in Richtung seiner maximalen Offenstellung in den ersten 60% des Verstellbereichs des Zungenschiebers unabhängig vom Stellelement 42 bewegt wird, wobei sich das Stellelement 42 in diesen ersten 60% des Verstellbereichs des Zungenschiebers in der Schließstellung des Stellelements 42 befindet. Mit anderen Worten kann der Zungenschieber in den ersten 60% seines Verstellbereichs bewegt werden, ohne dass es auch zu einer Bewegung des Stellelements 42 kommt.
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Erst bei einem Öffnungsgrad des Zungenschiebers von mehr als 60% wird dann auch die Varioscheibe aus ihrer Schließstellung in Richtung ihrer Offenstellung bewegt, so dass eine Öffnung des zweiten Austrittsquerschnitts A2' simultan zur weiteren Öffnung des beispielsweise mit A1 bezeichneten variablen Eintrittsquerschnitts durchgeführt wird. Hierdurch kann eine sehr hohe Durchsatzkapazität der Turbine 26 mit sehr guten Turbinenwirkungsgraden realisiert werden.
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Selbstverständlich ist auch eine getrennte und voneinander unabhängige Bewegung, insbesondere Steuerung und/oder Regelung mittels zweier separater Aktoren in beliebigen Kombinationen zueinander möglich und gegebenenfalls entsprechend der zu befriedigenden Betriebspunkte sinnvoll.
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In 3a und 3b ist auch ein Turbinenradeintrittsbereich E veranschaulicht, über den das Turbinenrad 28 vom Abgas anströmbar ist. Das Turbinenrad 28 kann dabei durch zumindest nahezu elliptischer Zeugungskurven gekennzeichnet sein, wobei ein jeweiliger Scheitel der Zeugungskurven vorzugsweise auf Radialen der Drehachse 48 liegen kann, die sich noch im Turbinenradeintrittsbereich E befinden. In 3a–d ist das Turbinengehäuse mit 61 bezeichnet.
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4a und 4b zeigen die Turbine 26 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Dabei zeigt 4b in einer schematischen Darstellung das abgewickelte Radsegment 43. Die Turbine 26 gemäß 4a und 4b unterscheiden sich insbesondere dahingehend von den Turbinen 26 gemäß 3a–3d, dass das Stellelement 42 als Blende ausgebildet ist. Das Stellelement 42 umfasst zwei Ringelemente 62, 64, welche jeweilige und sich in axialer Richtung erstreckende Durchgangsöffnungen 66 aufweisen. Dies bedeutet, dass – bei einer entsprechenden Einstellung der Ringelemente 62, 64 – die Durchgangsöffnungen 66 in axialer Richtung von dem das Turbinenrad 28 abströmenden Abgas durchström bar sind.
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Die Ringelemente 62, 64 sind bezogen auf die Drehachse 48 koaxial zueinander angeordnet und relativ zueinander drehbar, so dass demzufolge auch die jeweiligen Durchgangsöffnungen 66 relativ zueinander bewegbar sind. Hierdurch können die Durchgangsöffnungen 66 von jeweiligen, die Durchgangsöffnungen 66 begrenzenden Wandungen der Ringelemente 62, 64 fluidisch versperrt oder demgegenüber fluidisch freigegeben werden, so dass die das Turbinenrad 28 über den zweiten Austrittsquerschnitt A2' abströmende Menge durch Drehen der Ringelemente 62, 64 relativ zueinander einstellbar ist. Die jeweiligen Wandungen sind somit Versperrbereiche, die in der Schließstellung des Stellelements 42 die Durchgangsöffnungen 66 versperren, wohingegen die Durchgangsöffnungen 66 in der Offenstellung maximal freigegeben sind.
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Vorzugsweise ist eines der Ringelemente 62, 64 gehäusefest, d. h. relativ zu dem Turbinengehäuse unbewegbar, während das andere der Ringelemente 62, 64 relativ zum Turbinengehäuse drehbar ist. Vorliegend ist das Ringelement 62 gehäusefest, während das Ringelement 64 relativ zum Turbinengehäuse 61 und somit relativ zum Ringelement 62 um die Drehachse 48 drehbar ist.
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Aus 4a und 4b geht auch die oben genannte, voneinander unabhängige Verstellung des Eintrittselemente 32 und des Stellelements 42 hervor. Dem Zungenschieber ist ein Aktor 21 zum Drehen des Rings 54 zugeordnet, während dem Stellelement 42 und vorliegend dem Ringelement 64 ein vom Aktor 21 separater Aktor 23 zum Drehen des Ringelements 64 zugeordnet ist. In 4b ist mit Richtungspfeilen 68 die Abströmrichtung des Abgases vom Turbinenrad 28 im Relativsystem veranschaulicht.
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Wie aus 4b ferner zu erkennen ist, weist das Turbinenrad 28 eine sogenannte Splitbeschaufelung 70 mit Laufradschaufeln 44 und 72 auf. Das Turbinenrad 28 ist somit an die Verwendung von beiden Austrittsquerschnitten A2 und A2' angepasst, was dem Wirkungsgrad zugute kommt. Das Turbinenrad 28 weist somit eine doppelte Schaufelanzahl für den Abgasteilstrom auf, der hierdurch auf kurzem Wege eine Strömungsumlenkung im drehenden Relativsystem mit reduzierter wirkungsgradgünstiger Minderumlenkung erfährt.
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Es existieren Anwendungsfälle, bei denen es vorteilhaft ist, das interne Stellelement 42 gemäß 1a und 1b mit dem externen Stellelement 42 gemäß 2a und 2b zu kombinieren. Mittels der externen Variabilität beispielsweise in Form der Klappe können in der Schließposition der internen Variabilität beispielsweise in Form der Varioscheibe Abgas-Leckagen ohne größere Gaskräfte an der Varioscheibe minimiert werden. Mittels der internen Variabilität, die eine gewisse kleine Leckage mit Druckaufbau im Sammelraum 50 zulässt, kann eine Rückwirkung verlustträchtiger Strömungsstörungen im Turbinenrad 28 durch den weitgehend abgeschalteten Volumeneffekt des Sammelraums 50 klein gehalten werden.
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5 zeigt ein Diagramm 74 zur Veranschaulichung der Wirkung des Stellelements 42 und des zweiten Austrittsquerschnitts A2'. Auf der Abszisse 76 des Diagramms ist ein Verhältnis A2/A22' veranschaulicht, wobei mit A2 der erste Austrittsquerschnitt bezeichnet ist. Mit A22' ist die Summe aus dem ersten Austrittsquerschnitt A2 und dem zweiten Austrittsquerschnitt A2' bezeichnet: A22' = A2 + A2'.
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Somit bezeichnet A2'' eine Gesamtfläche, welche den ersten Austrittsquerschnitt A2 und den zweiten Austrittsquerschnitt A2' umfasst.
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Auf der Ordinate 78 des Diagramms 74 ist ein Verhältnis des zweiten Austrittsquerschnitts A2' zur Gesamtfläche A2'' aufgetragen. Die Abszisse 76 charakterisiert somit die herkömmliche relative Austrittsfläche, während die Ordinate 78 die relative Austrittsfläche am Radrücken des Turbinenrads 28 charakterisiert. Eine in das Diagramm 74 eingetragene Gerade 80 charakterisiert dabei die Flächenaufteilung zwischen den Austrittsquerschnitten A2 und A2', wobei gilt: A2'/A22' = 1 – A2'/A22'.
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Aus dem Diagramm 74 ist somit die Wirkung des zweiten Austrittsquerschnitts A2' als Radzusatzströmungsquerschnitt zusätzlich zum ersten Austrittsquerschnitt A2 erkennbar, um ein Abblasen von Abgas zu vermeiden. Die Gerade 80 charakterisiert auch die jeweilige Stellung des Stellelements 42 und somit die zugehörige Öffnung des zweiten Austrittsquerschnitts A2'. In 5 ist ein Auslegungsbereich der Turbine 26 eingezeichnet, bei welchem ein Verhältnis des zweiten Austrittsquerschnitts A2' zu einer Summe aus dem ersten Austrittsquerschnitt A2 und dem zweiten Austrittsquerschnitt A2'' in einem Bereich von einschließlich 0,25 bis einschließlich 0,75 liegt. Dies bedeutet: 0,25 ≤ A2'/A22' ≤ 0,75.
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Durch einen Richtungspfeil 82 im Diagramm 74 ist die realisierbare Agilitätssteigerung bei entsprechender Auslegung der Turbine 26 veranschaulicht. Mit anderen Worten verdeutlich 5 in Diagrammform den Zusammenhang der Gesamtfläche A22' und der Strömungsflächenaufteilung in Form des zweiten Austrittsquerschnitts A2' zum herkömmlichen Austrittsquerschnitt A2 der Turbine 26 hinsichtlich der Auslegungsmöglichkeit in Richtung einer Agilitätserhöhung der Verbrennungskraftmaschine 10. Mit den drei veranschaulichten Beispielauslegungen A2/A22' von 0,75, 0,5 und 0,25 des herkömmlichen, ersten Austrittsquerschnitts A2 wird in dieser Reihenfolge die Agilitätseigenschaft sehr stark gesteigert, wie es bei Abblaseturbinen mit Abblaseraten von 25%, 50% oder 75% der Fall sein kann. Bei der Turbine 26 jedoch ist kein wirkungsgradschädliches Abblasen, sondern der zusätzliche, vorteilhafte zweite Austrittsquerschnitt A2' mit dem Flächenanteil A2'/A2'' von 0,25, 0,5 oder 0,75 zur Gesamtfläche A22' vorgesehen, wodurch die Zielsetzung einer Motorgegendruck-Absenkung mit simultaner Turbineneintrittstemperatur-Absenkung bei guten Kraftstoffverbräuchen der Verbrennungskraftmaschine 10 erreicht werden kann.
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Anhand von 6 ist eine Möglichkeit veranschaulicht, das Auftreten von Axialkräften und damit einhergehendem, auf den Rotor 37 wirkendem Axialschub zumindest teilweise zu kompensieren. Wie aus 6 erkennbar ist, umfasst der Verdichter 14 zwei Verdichterräder 18, 18' mit jeweiligen Radrücken 19, 19', wobei die Verdichterräder 18, 18' über ihre jeweiligen Radrücken 19, 19' aneinander abgestützt sind. Mit anderen Worten sind die Verdichterräder 18, 18' Rücken an Rücken angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Ansaugtrakt
- 14
- Verdichter
- 16
- Abgasturbolader
- 18, 18'
- Verdichterrad
- 19, 19'
- Radrücken
- 20
- Ladeluftkühler
- 21
- Aktor
- 22
- Drosselklappe
- 23
- Aktor
- 24
- Abgastrakt
- 25
- Recheneinrichtung
- 26
- Turbine
- 28
- Turbinenrad
- 30
- Welle
- 32
- Eintrittselement
- 34
- erster Turbinenradaustrittsbereich
- 35
- Lagergehäuse
- 36
- zweiter Turbinenradaustrittsbereich
- 37
- Rotor
- 38
- erste Seite
- 40
- zweite Seite
- 42
- Stellelement
- 43
- Radsegment
- 44
- Laufradschaufel
- 46
- Richtungspfeil
- 48
- Drehachse
- 50
- Sammelraum
- 52
- Zunge
- 54
- Ring
- 56
- Kulissenstift
- 57
- Schaufelfront
- 58
- Axialnut
- 59
- Schaufelfront
- 60
- Kulissennut
- 61
- Turbinengehäuse
- 62
- Ringelement
- 63
- Zuführkanal
- 64
- Ringelement
- 66
- Durchgangsöffnungen
- 68
- Richtungspfeil
- 70
- Splitbeschaufelung
- 72
- Laufradschaufel
- 74
- Diagramm
- 76
- Abszisse
- 78
- Ordinate
- 80
- Gerade
- 82
- Richtungspfeil
- A2
- erster Austrittsquerschnitt
- A2'
- zweiter Austrittsquerschnitt
- A2''
- Gesamtfläche
- E
- Eintrittsbereich
- U
- Richtungspfeil
- β2
- Radaustrittswinkel
- β2'
- Radaustrittswinkel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008063656 A1 [0006]
- DE 102006058102 A1 [0007]
- DE 102007036937 A1 [0007]
