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Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit relativ zueinander verdrehbaren Leitgitterringen.
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Abgasturbolader, die eine variable Turbinengeometrie (VTG) aufweisen, sind bereits bekannt. Mit einer derartigen VTG kann das Ansprechverhalten eines Abgasturboladers gegenüber einem konventionellen Wastegateturbolader verbessert werden.
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Eine bekannte Ausführungsform einer VTG ist der sogenannte Drehschaufler. Bei diesem befindet sich vor dem Turbinenrad ein verstellbares Leitgitter, mittels dessen der Eintrittsquerschnitt und der Eintrittswinkel der dem Turbinenrad des Abgasturboladers zugeleiteten Abgasströmung stufenlos variiert werden kann. Das Leitgitter weist Leitschaufeln auf, die jeweils über eine Leitschaufelachse in einer Bohrung eines Schaufellagerringes drehbar gelagert sind. Die Leitschaufeln sind üblicherweise mit Hebeln fest verbunden, die in einen dem Schaufellagerring koaxialen Verstellring eingreifen. Wird der Verstellring um die Achse des Abgasturboladers verdreht, dann werden die Leitschaufeln über die Hebel bezüglich des Anströmwinkels zum Turbinenrad verstellt. Zusätzlich ändert sich bei einer Verdrehung des Verstellringes auch der Strömungsquerschnitt der dem Abgasturbolader zugeleiteten Abgasströmung. Somit kann das Abgas im Turbinengehäuse beschleunigt und mit höherer kinetischer Energie dem Turbinenrad zugeführt werden. Diese Bauart einer VTG findet man insbesondere bei Dieselmotoren. Bei Ottomotoren wird diese Bauart einer VTG nur selten verwendet, da sie mit vergleichsweise hohen Kosten verbunden ist, die durch eine hohe Teileanzahl und die Notwendigkeit eines hochtemperaturbeständigen Werkstoffs bedingt sind. Ein weiterer Nachteil einer Drehschaufler-VTG besteht darin, dass zum einen der Abstand der Schaufelhinterkanten (Abströmkanten) zum Turbinenrad und zum anderen der Anströmwinkel zum Turbinenrad variieren. Dadurch werden die Turbinenradschaufeln nur in maximal einem Betriebspunkt optimal angeströmt. Der Wirkungsgrad vor und nach diesem Betriebspunkt fällt ab. Dies verschlechtert den thermodynamischen Wirkungsgrad des Abgasturboladers.
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Bei einer weiteren Ausführungsform einer VTG kommt ein axialer Schieber zum Einsatz. Dieser ist koaxial zur Achse des Abgasturboladers angeordnet und relativ zum Turbinengehäuse bewegbar. Durch diese Bewegung des Schiebers wird in erster Linie die Eintrittsbreite des Abgasstromes vor dem Turbinenrad variiert. Es gibt zahlreiche Varianten eines axialen Schiebers, beispielsweise eine Kombination eines axialen Schiebers mit einem zweiflutigen Turbinengehäuse, eine zusätzliche Beschaufelung des Schiebers und einen Schieber, bei dessen Verschieben zusätzlich ein Wastegatekanal geöffnet wird.
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Aus der
US 2010/0196145 A1 ist eine Turbinenvorrichtung für einen eine VTG aufweisenden Abgasturbolader bekannt. Diese VTG weist zwei koaxial zueinander angeordnete, in Umfangsrichtung unterbrochen ausgebildete Ringe auf, die relativ zueinander verdreht werden können, um den Eintrittsquerschnitt für den Abgasstrom vor dem Turbinenrad zu variieren. Durch diese Verdrehung wird des Weiteren der Abgasdurchsatz durch einen Wastegatekanal verändert. Die Gestaltung der Ringe ist derart, dass zwischen benachbarten Elementen eine Art Lochblende vorliegt, was in thermodynamischer Hinsicht nachteilig ist. Des Weiteren ist die Versperrung des Strömungsquerschnitts vor dem Turbinenrad sehr hoch, was zum einen den Abgasdurchsatz durch das Turbinenrad begrenzt und zum anderen eine ungleichmäßige, schlagartige Beaufschlagung des Turbinenrades zur Folge hat. Dies wirkt sich negativ auf die Thermodynamik und auf die Festigkeit bzw. die Dauerhaltbarkeit des Turbinenrades aus.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie anzugeben, die eine vergleichsweise geringe Teileanzahl und eine hohe thermische Beständigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Abgasturbolader mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader weist ein Turbinengehäuse auf, in welchem ein Turbinenrad und ein einen Abgasstrom zum Turbinenrad leitender Leitapparat angeordnet sind. Der Leitapparat weist relativ zueinander verdrehbare, jeweils Leitschaufeln aufweisende Leitgitterringe auf, zwischen welchen konisch verlaufende, sich in Richtung zum Turbinenrad verjüngende Strömungskanäle ausgebildet sind. Dadurch wird erreicht, dass der Abgasstrom über eine Strömungsführung durch düsenförmige Strömungskanäle, die durch Schaufelprofile gebildet sind und sich in Richtung zum Turbinenrad verjüngen, dem Turbinenrad zugeführt werden. Durch diese in Richtung zum Turbinenrad konische Gestaltung der Strömungskanäle wird das Abgas in Richtung zum Turbinenrad beschleunigt. Dieser Beschleunigungseffekt ist im Falle einer Ausbildung der Strömungskanäle als Lochblenden nicht erreichbar.
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Vorzugsweise ist ein bezüglich des Anströmwinkels fester, mit Leitschaufeln ausgestatteter Leitgitterring koaxial zur Drehachse des Turbinenrades rotations- und translationsfest relativ zum Turbinenrad angeordnet. Der zweite, ebenfalls mit Leitschaufeln ausgestattete Leitgitterring ist koaxial zum ersten Leitgitterring angeordnet und drehbar im Abgasturbolader gelagert. Dadurch kann eine rotatorische Verstellung des zweiten Leitgitterringes relativ zum ersten Leitgitterring erfolgen. Dabei ragen die Leitschaufeln des einen Leitgitterringes in die Zwischenräume zwischen den Leitschaufeln des zweiten Leitgitterringes und umgekehrt. Dadurch bildet jeweils eine Leitschaufel des ersten Leitgitterringes mit der benachbarten Schaufel des zweiten Leitgitterringes einen Strömungskanal, in welchem die Abgasströmung durch den Leitapparat zum Turbinenrad in einem durch die Krümmung der Leitschaufeln festgelegten Winkel geführt wird. Die Endabschnitte der Leitschaufeln in Richtung des Turbinenrades können sehr dicht am Turbinenrad positioniert sein, wodurch die Effizienz der Einströmung des Abgases in das Turbinenrad erhöht ist
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Vorzugsweise ist einer der beiden Leitgitterringe mit Leitschaufeln ausgestattet, die sich in radialer Richtung nach außen weiter erstrecken als die Leitschaufeln des zweiten Leitgitterringes und die Leitschaufeln des zweiten Leitgitterringes in Rotations- bzw. Umfangsrichtung überdecken.
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Wird nun der erste Leitschaufelring in Rotationsrichtung im Uhrzeigersinn verstellt, dann wird der Strömungskanal vergrößert. Bei einer Verstellung des ersten Leitschaufelringes in die andere Richtung wird der Strömungskanal verkleinert. Die Endpositionen der Verstellung werden jeweils durch den Anschlag der Leitschaufeln aufeinander begrenzt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, in einem der Leitgitterringe Steuerschlitze vorzusehen, die ab einem vorgegebenen Abgasdurchsatz durch das Turbinengehäuse durch weiteres Verdrehen des verdrehbaren Leitgitterringes freigegeben werden. Diese Steuerschlitze sind mit dem Raum nach dem Turbinenrad derart verbunden, dass ähnlich einem Wastegatekanal ein Teil des Abgases am Turbinenrad vorbeigeleitet wird.
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Eine alternative Ausführung besteht darin, ein Wastegateventil bzw. eine Wastegateklappe separat anzusteuern, beispielsweise p2-geregelt, d. h. das Wastegateventil wird mit dem Ladedruck p2 (Druck nach dem Verdichter) angesteuert.
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Um die Verdrehung des verdrehbaren Leitgitterringes zu ermöglichen, kann dieser im Turbinengehäuse und/oder im Lagergehäuse des Abgasturboladers drehbar gelagert sein. Zur Abstützung der im Betrieb auftretenden Kräfte wird vorzugsweise ein Wälzlager verwendet, welches zusätzlich auch die auftretende Reibung reduziert. Die Verdrehung des verdrehbaren Leitgitterringes erfolgt vorzugsweise mittels einer Hebelkinematik und einer Ansteuerung durch einen elektrischen oder pneumatischen Steller.
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Die Zuströmung des Abgases zum Turbinenrad kann wie bei einer konventionellen VTG in radialer Richtung erfolgen, kann aber alternativ dazu auch halbaxial erfolgen.
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Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
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1 eine Skizze zur Veranschaulichung zweier relativ zueinander verdrehbarer Leitgitterringe,
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2 eine Skizze zur Veranschaulichung der Anströmung der Leitgitterringe durch das Turbinengehäuse,
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3 eine Skizze zur Veranschaulichung der Strömungskanäle bei bekannten Leitgitterringen,
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4 eine Skizze zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels für die Erfindung,
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5 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer gleichmäßigen Beaufschlagung des Turbinenrades mit dem Abgas,
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6 eine Schnittdarstellung und eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung eines Leitapparates gemäß der Erfindung,
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7 Skizzen zur Veranschaulichung weiterer Ausführungsbeispiele für die Erfindung und
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8 Skizzen zur Veranschaulichung einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung.
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Die 1 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung eines zwei relativ zueinander verdrehbare Leitgitterringe aufweisenden Leitapparates, welcher in einem Turbinengehäuse zwischen dem Turbinengehäuse und einem um die Turboladerachse drehbaren Turbinenrad angeordnet ist.
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Der erste Leitgitterring weist Leitschaufeln 1 auf, der zweite Leitgitterring enthält Leitschaufeln 2. Beide Leitgitterringe sind koaxial zur Drehachse 4 des Turbinenrades 3 angeordnet. Bei der Drehachse 4 des Turbinenrades handelt es sich um die Turboladerachse. Die beiden Leitgitterringe sind relativ zueinander in Umfangsrichtung verdrehbar, wie es in der 1 durch Doppelpfeile veranschaulicht ist. Des Weiteren ist aus der 1 ersichtlich, dass die Leitschaufeln 2 des zweiten Leitgitterringes sich in radialer Richtung nach außen weiter erstrecken als die Leitschaufeln 1 des ersten Leitgitterringes.
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In der 1 sind unterschiedliche Relativpositionen der beiden Leitgitterringe veranschaulicht, die bei einer Verdrehung eines der beiden Leitgitterringe vorliegen können.
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Im Bereich B1 der 1 ist eine Relativposition veranschaulicht, bei welcher die Strömungskanäle vollständig geöffnet sind. In dieser Relativposition überdeckt der radial äußere Bereich der Leitschaufeln 2 des zweiten Leitgitterringes den radial äußeren Bereich der Leitschaufeln 1 des ersten Leitgitterringes vollständig. Die Strömungskanäle erlauben einen hohen Abgasmassendurchsatz.
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Im Bereich B2 der 1 ist eine andere Relativposition veranschaulicht, bei welcher die Strömungskanäle einen reduzierten Öffnungsquerschnitt haben. In dieser anderen Relativposition überdeckt der radial äußere Bereich der Leitschaufeln 2 des zweiten Leitgitterringes den radial äußeren Bereich der Leitschaufeln 1 des ersten Leitgitterringes teilweise.
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Im Bereich B3 der 1 ist eine weitere Relativposition veranschaulicht, bei welcher die Strömungskanäle geschlossen sind. In dieser weiteren Relativposition ist der Weg des Abgasstromes zum Turbinenrad blockiert.
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Durch eine Steuerung der Relativposition der beiden Leitgitterringe zueinander kann folglich die Menge des durch den Leitapparat zum Turbinenrad gelangenden Abgases in jeweils notwendiger Weise eingestellt werden.
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Vorzugsweise ist einer der beiden Leitgitterringe koaxial zur Drehachse des Turbinenrades rotations- und translationsfest relativ zum Turbinenrad angeordnet und der zweite Leitgitterring ist ebenfalls koaxial zur Drehachse des Turbinenrades angeordnet, aber relativ zum ersten Leitgitterring drehbar gelagert.
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Die Leitschaufeln des ersten Leitgitterringes ragen in die Zwischenräume zwischen den Leitschaufeln des zweiten Leitgitterringes hinein. Die Strömungskanäle sind jeweils zwischen zwei benachbarten Leitschaufeln des ersten und zweiten Leitgitterringes gebildet.
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Gemäß einer Realisierung erfolgt bei einer Verdrehung einer der beiden Leitgitterringe im Uhrzeigersinn eine Vergrößerung des Querschnitts der Strömungskanäle und bei einer Verdrehung dieses Leitgitterringes gegen den Uhrzeigersinn eine Verkleinerung des Querschnitts der Strömungskanäle.
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Gemäß einer alternativen Realisierung erfolgt bei einer Verdrehung eines der beiden Leitgitterringe im Uhrzeigersinn eine Verkleinerung des Querschnitts der Strömungskanäle und bei einer Verdrehung dieses Leitgitterringes gegen den Uhrzeigersinn eine Vergrößerung des Querschnitts der Strömungskanäle.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Endpositionen der Verdrehung der beiden Leitgitterringe relativ zueinander durch den Anschlag der Leitschaufeln der beiden Leitgitterringe aufeinander begrenzt.
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Die 2 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung der Anströmung der Leitgitterringe durch das Turbinengehäuse. In dieser Skizze sind zur Vereinfachung lediglich drei Leitschaufeln 1 des ersten Leitgitterringes und drei Leitschaufeln 2 des zweiten Leitgitterringes dargestellt. Wie aus der 2 hervorgeht, tritt der Abgasstrom A in das schneckenförmig ausgestaltete Turbinengehäuse 5 ein und wird durch die weitgehend geöffneten Strömungskanäle des aus den beiden Leitgitterringen bestehenden Leitapparates hindurch in Richtung zum Turbinenrad 3 geleitet und treibt dieses an.
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Die 3 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung der Strömungskanäle bei bekannten Leitgitterringen. Aus der 3 ist ersichtlich, dass unabhängig davon, ob die Strömungskanäle vollständig oder nur teilweise geöffnet sind, der Öffnungsquerschnitt des jeweiligen Strömungskanals im radial außenliegenden Endbereich des Leitapparates mit dem Öffnungsquerschnitt desselben Strömungskanals im radial innenliegenden Endbereich des Leitapparates jeweils übereinstimmt.
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So gilt bei vollständig geöffneten Strömungskanälen die folgende Beziehung: q1 = q2, wobei q1 der Öffnungsquerschnitt des jeweiligen Strömungskanales im radial außenliegenden Endbereich des Leitapparates und q2 der Öffnungsquerschnitt des jeweiligen Strömungskanales im radial innenliegenden Endbereich des Leitapparates ist.
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Bei teilweise geöffneten Strömungskanälen gilt die folgende Beziehung: q3 = q4, wobei q3 der Öffnungsquerschnitt des jeweiligen Strömungskanals im radial außenliegenden Endbereich des Leitapparates und q4 der Öffnungsquerschnitt des jeweiligen Strömungskanals im radial innenliegenden Endbereich des Leitapparates ist.
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Des Weiteren gilt die folgende Beziehung: q1 > q3.
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Aufgrund des jeweils konstanten Öffnungsquerschnittes der Strömungskanäle, d. h. des jeweils übereinstimmenden Abstandes zwischen den den Öffnungsquerschnitt bildenden benachbarten Leitschaufeln liegt lediglich eine Spaltströmung vor. Eine Beschleunigung des Abgasstromes in Richtung zum Turbinenrad tritt im Leitapparat nicht auf.
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Um eine derartige Beschleunigung des Abgasstromes in Richtung zum Turbinenrad zu erreichen werden bei einem Abgasturbolader gemäß der Erfindung die Leitgitterringe derart ausgebildet, dass zwischen ihnen konisch verlaufende, sich in Richtung zum Turbinenrad verjüngende Strömungskanäle ausgebildet sind.
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Dies wird nachfolgend anhand der 4 näher erläutert, die eine Skizze zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels für die Erfindung zeigt. In dieser Skizze ist eine Querschnittsdarstellung eines Teilbereichs eines Abgasturboladers dargestellt. Dieser Abgasturbolader weist ein Turbinengehäuse 5 auf, welches mit dem Lagergehäuse 6 des Abgasturboladers verbunden ist. Im Lagergehäuse 6 ist ein zu Kühlungszwecken vorgesehener Wasserkern 8 enthalten. Im Turbinengehäuse 5 ist ein mit Turbinenschaufeln 3a versehenes Turbinenrad 3 mit einer Turboladerwelle 7 drehfest verbunden. Die Drehachse 4 des Turbinenrades entspricht der Turboladerachse. Zwischen dem Lagergehäuse 6 und dem Turbinenrad 3 sind Dichtungen 10 und 11 vorgesehen. Des Weiteren ist ein Hitzeschild 12 zwischen dem Lagergehäuse 6 und einem ersten Leitgitterring des Leitapparates positioniert, wobei dieses Hitzeschild 12 in eine Nut der in der 4 gezeigten Leitschaufel 1 des ersten Leitgitterringes eingesetzt ist. Ferner enthält der Leitapparat einen zweiten Leitgitterring, von welchem in der 4 eine Leitschaufel 2 dargestellt ist. Zwischen den in der 4 gezeigten Leitschaufeln 1 und 2 ist eine Lagerung 9 vorgesehen.
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Die Leitschaufeln 1 und 2 sind gemäß der vorliegenden Erfindung derart ausgestaltet, dass zwischen ihnen und damit zwischen den beiden Leitgitterringen jeweils konisch verlaufende, sich in Richtung zum Turbinenrad 3 verjüngende Strömungskanäle 13 ausgebildet sind. Dadurch wird erreicht, dass der Abgasstrom über eine Strömungsführung durch düsenförmige Strömungskanäle, die durch Schaufelprofile gebildet sind und sich in Richtung zum Turbinenrad verjüngen, dem Turbinenrad zugeführt und in Richtung des Turbinenrades beschleunigt wird.
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Die 5 zeigt schematische Darstellungen zur Veranschaulichung der offenen Position der Strömungskanäle. Dabei ist in der mittleren Darstellung eine schematische Seitenansicht, auf der linken Seite eine Schnittdarstellung in Richtung der Schnittlinie B-B und auf der rechten Seite eine Schnittdarstellung in Richtung der Schnittlinie A-A gezeigt.
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Es ist ersichtlich, dass eine wechselseitige Anordnung zwischen einem versperrenden Anteil des Umfangs und einem durchströmten Anteil des Umfangs des Leitgitterringes vorliegt. Die Strömung aus dem Turbinengehäuse teilt sich hälftig auf und strömt hälftig durch Kanal A und in Umfangsrichtung versetzt hälftig durch Kanal B. Dadurch wird das Turbinenrad gleichmäßig durch das Abgas auf Kanal A und Kanal B beaufschlagt.
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Die 6a zeigt eine Schnittdarstellung und die 6b eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung eines Leitapparates gemäß der Erfindung. Aus diesen Darstellungen ist die Zuströmung durch die konischen Kanäle ersichtlich.
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Die 7 zeigt Skizzen zur Veranschaulichung weiterer Ausführungsbeispiele für die Erfindung.
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Aus der 7a ist ersichtlich, dass der Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch bei einem mit einer Trennwand 14 versehenen Turbinengehäuse 5 eingesetzt werden kann. Bei dieser Ausführung handelt es sich um eine sogenannte Twin-Scroll single VTG.
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Aus der 7b ist ersichtlich, dass der Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch bei einer sogenannten Mono-Scroll double VTG verwendet werden kann. Eine derartige Mono-Scroll double VTG zeichnet sich dadurch aus, dass der Leitapparat eine gleichmäßigere Anströmung des Turbinenrades in Umfangsrichtung bewirkt (vgl. auch 5).
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Aus der 7c ist ersichtlich, dass der Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch bei einer Twin-Scroll double VTG eingesetzt werden kann. Eine derartige Twin-Scroll double VTG unterscheidet sich von der in der 7b gezeigten Mono-Scroll double VTG dadurch, dass das Turbinengehäuse 5 mit einer Trennwand 14 versehen ist.
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Bei der in der 7d gezeigten Variante handelt es sich um eine Twin-Scroll double VTG mit einem RAAX-Turbinenrad, bei welchem eine diagonale Durchströmung des Turbinenrades mit dem Abgas erfolgt. Dabei kann die Trennwand des Leitapparates auch in einem von 90° verschiedenen Winkel zur Turboladerachse verlaufen.
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Die 8 zeigt Skizzen zur Veranschaulichung einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher einer der Leitgitterringe Steuerschlitze 15 aufweist, die ab einem vorgegebenen Abgasdurchsatz durch das Turbinengehäuse durch weiteres Verdrehen des verdrehbaren Leitgitterringes freigegeben werden. Die Steuerschlitze 15 sind mit dem Raum nach dem Turbinenrad derart verbunden, dass ein Teil des Abgases am Turbinenrad vorbeigeführt wird.
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Dabei ist in der 8a rechts oben eine Verdrehposition VP1 veranschaulicht, bei welcher ein auf dem zweiten Leitgitterring vorgesehener Steuerschlitz 15 von einer Leitschaufel 1 des ersten Leitgitterringes vollständig verdeckt ist, so dass der Steuerschlitz geschlossen ist und kein Abgas am Turbinenrad vorbeigeleitet wird. In der 8a rechts in der Mitte ist eine Verdrehposition VP2 veranschaulicht, bei welcher ein auf dem zweiten Leitgitterring vorgesehener Steuerschlitz 15 geöffnet ist, so dass Abgas durch diesen Steuerschlitz in den Raum nach dem Turbinenrad geleitet wird, ohne das Turbinenrad zu beaufschlagen.
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In der 8b ist veranschaulicht, dass der zweite Leitgitterring, welcher Leitschaufeln 2 aufweist, des Weiteren die bereits in der 8a gezeigten Steuerschlitze 15 enthält.
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In der 8c ist eine Querschnittsdarstellung gezeigt, in welcher ein geöffneter Steuerschlitz 15 veranschaulicht ist. Durch die in der 8c dargestellten Pfeile wird angedeutet, dass dem Turbinengehäuse zugeführtes Abgas durch den geöffneten Steuerschlitz 15 am Turbinenrad vorbei in den Raum hinter dem Turbinenrad geleitet wird.
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Bei einem Leitapparat mit den erfindungsgemäßen Merkmalen wird im Betrieb des Abgasturboladers im Unterschied zu einem Abgasturbolader, dessen Leitapparat einen Axialschieber aufweist, die Eintrittsbreite des Abgasstromes nicht verändert. Dies hat eine verbesserte Anströmung des Turbinenrades und somit eine bessere Thermodynamik zur Folge.
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Im Unterschied zu einer Drehschaufler-VTG wird der Abstand der Leitschaufelhinterkanten und der Anströmwinkel zum Turbinenrad im Betrieb nicht verändert. Dies hat den Vorteil einer längeren gerichteten Strömungsführung bis hin zum Turbinenrad und einer verbesserten Thermodynamik, da auch bei geschlossenem Drehschieber die Schaufelhinterkanten sehr dicht vor dem Turbinenrad enden.
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Im Unterschied zu der oben genannten Drehschieber-VTG wird die Versperrung des Strömungsquerschnittes in offener Position und somit die Verschattung von einzelnen Strömungsräumen zwischen zwei benachbarten Turbinenradschaufeln durch die schaufelförmige Gestaltung der Leitgitterringe reduziert. Dies führt zu einer deutlichen Steigerung des thermodynamischen Wirkungsgrades des Abgasturboladers und zu einer gleichmäßigeren Beaufschlagung des Turbinenrades mit Abgas und somit zu einer geringeren Schwingungsanregung der Turbinenradschaufeln.
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Zur Vermeidung einer ungleichmäßigen Beaufschlagung des Turbinenrades in offener oder teilweise geöffneter Position kann der Leitapparat zwei zueinander in Rotationsrichtung verdrehte und vorzugsweise in axialer Richtung schmalere Leitvorrichtungen aufweisen, bei denen auf dem mittleren Schaufelring beidseitig Schaufeln angeordnet sind, d. h. in Richtung Turbinengehäuse und in Richtung Lagergehäuse, die in Wechselwirkung mit zwei jeweils einseitig beschaufelten Leitgitterringen stehen. Die Schaufeln können zu den Leitgitterringen senkrecht oder schräg angebunden sein. Im Falle einer schrägen Anbindung erzielt man eine gleichmäßigere Beaufschlagung des Turbinenrades mit Abgas.
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Des Weiteren kann eine zweiflutige VTG mit Ausnutzung der Pulsation des Abgases relativ einfach umgesetzt werden, indem man diese Leitgitteranordnung einfach spiegelt, d. h. das Abgas jeder Flut des Turbinengehäuses durch eine Hälfte des Leitgitters bis dicht an das Turbinenrad führt. Der Durchsatz durch jede Flut kann durch eine Veränderung der Leitgittergeometrie unterschiedlich gestaltet werden. Durch die Verwendung eines Drehschiebers kann eine VTG für ein Turbinenrad mit diagonaler Anströmung (RAAX) sehr einfach realisiert werden.
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Bei Verwendung einer Drehschieber-VTG in einer Dieselanwendung kann die Regelung der Turbine dazu benutzt werden, die Abgasrückführrate bei einem Motor mit Abgasrückführsystem zu regeln. Ein weiterer Vorteil besteht darin, den Motorbremsbetrieb ohne Verwendung einer zusätzlichen Abgasklappe darzustellen (in der Position „Drehschieber geschlossen“).
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Durch eine Gestaltung mit Steuerschlitzen in Wastegatefunktion kann ein kleineres Turbinenrad mit geringerem Massenträgheitsmoment und besserem Ansprechverhalten verwendet werden.
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Im Falle einer Verwendung eines Drehschiebers lässt sich die Teileanzahl der VTG deutlich reduzieren, was vor allem bei einer Anwendung in Ottomotoren zu einer Kostenersparnis als auch zu einer robusteren Konstruktion führt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0196145 A1 [0005]
