DE102012214209A1

DE102012214209A1 - Turbinen mit Gleitschaufelgeometrie

Info

Publication number: DE102012214209A1
Application number: DE102012214209A
Authority: DE
Inventors: Harold Huimin Sun; Jizhong Zhang; Liangjun Hu; Dave R. Hanna
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2013-02-21
Also published as: RU129999U1; US20130042608A1; US8919119B2; CN202926405U

Abstract

Es werden verschiedene Systeme und Verfahren für eine Turbine mit variabler Geometrie beschrieben. In einem Beispiel umfasst eine Turbinendüse eine mittlere Achse und eine Düsenschaufel. Die Düsenschaufel enthält eine feststehende Schaufel und eine Gleitschaufel. Die Gleitschaufel ist dazu positioniert, in einer im Wesentlichen tangential zu einem Innenumfang der Turbinendüse verlaufenden Richtung und in Kontakt mit der feststehenden Schaufel zu gleiten.

Description

Rechte der Regierung
Die vorliegende Erfindung wurde mit staatlicher Unterstützung unter der Nr. DE-FC26-07NT43280, erteilt vom Department of Energy, entwickelt. Die Regierung hat gewisse Rechte an dieser Erfindung.
Gebiet
Die vorliegende Anmeldung betrifft Turbinen mit variabler Geometrie für Turbolader von Verbrennungsmotoren
Hintergrund und Kurzdarstellung
Motoren können Turbolader verwenden, um Motordrehmoment und/oder Motorleistungsdichte zu verbessern. In einem Beispiel kann ein Turbolader einen Verdichter und eine Turbine, die durch eine Antriebswelle verbunden sind, enthalten, wobei die Turbine Abgase empfängt und der Verdichter Einlassluft empfängt. Auf diese Weise liefert die abgasgetriebene Turbine Energie an den Verdichter zur Verstärkung des Drucks und Luftstroms in den Motor. Zum Beispiel kann Ladedruck durch Erhöhen der Drehzahl der Turbine erhöht werden. Die Sollaufladungshöhe kann über den Betrieb des Motors schwanken. Zum Beispiel kann die Sollaufladung beim Beschleunigen höher sein als beim Abbremsen.
Eine Lösung zur Steuerung des Ladedrucks ist eine Turbine mit variabler Geometrie. Eine Turbine mit variabler Geometrie steuert Ladedruck durch Ändern des Auslassstroms durch die Turbine. Zum Beispiel kann Abgas von dem Auslasskrümmer durch eine Turbinendüse und zu den Turbinenschaufeln strömen. Die Geometrie der Turbinendüse kann geändert werden, um den Winkel zu steuern, mit dem Abgas auf die Turbinenschaufeln trifft, und/oder um die Querschnittsfläche der Kanäle stromaufwärts der Turbinenschaufeln zu ändern. Vergrößern der Querschnittsfläche der Kanäle kann gestatten, dass mehr Gas durch die Kanäle strömt, aber das Gas kann im Vergleich zu durch einen Kanal mit einer kleineren Querschnittsfläche strömendem Gas langsamer strömen. Der Anströmwinkel des über die Turbinenschaufeln strömenden Gases kann den Wirkungsgrad der Turbine beeinflussen, zum Beispiel die von dem Strom aufgenommene Menge an thermodynamischer Energie, die in mechanische Energie umgewandelt wird. Somit können die Turbinendrehzahl und der Ladedruck durch Ändern der Geometrie der Turbinendüse geändert werden.
Eine Art von Turbine mit variabler Geometrie enthält eine Schwenkdüsenschaufel, die in der Turbinendüse schwenkt. Durch die Turbinendüse strömendes Abgas strömt durch zwischen den Schwenkdüsenschaufeln gebildete Kanäle. Durch Schwenken der Schaufeln in einer Richtung wird die Querschnittsfläche von Kanälen stromaufwärts der Turbine vergrößert und der Anströmwinkel von über die Turbinenschaufel strömendem Gas verkleinert. Durch Schwenken der Schaufeln in die andere Richtung wird die Querschnittsfläche von Kanälen stromaufwärts der Turbine verkleinert und der Anströmwinkel von über die Turbinenschaufel strömendem Gas vergrößert. Somit erzeugt die Schwenkdüsenschaufel einen Kompromiss zwischen dem Turbinenwirkungsgrad bei starken Abgasströmen oder bei geringen Abgasströmen, da die Querschnittsfläche der Kanäle und der Anströmwinkel nicht unabhängig geändert werden können.
Eine andere Art von Turbine mit variabler Geometrie verwendet einen ringförmigen Gleitring, der axial in dem Turbinengehäuse gleitet, um den Querschnitt der Kanäle in der Turbinendüse zu ändern. Somit kann ein effizienter Anströmwinkel über den Motorbetriebsbereich aufrechterhalten werden. Der Turbineneinlass ist an der Grenzfläche zwischen dem Turbinendüsenauslass und den Turbinenschaufeln jedoch für große Auslassströme des Motors bemessen. Bei geringen Auslassströmen weisen die Turbinendüsenkanäle einen verkleinerten Querschnitt auf und Energie geht verloren, wenn das Abgas von dem kleinen Turbinendüsenkanal zum größeren Turbineneinlass expandiert.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die obigen Probleme erkannt und haben einen Lösungsansatz entwickelt, um sie zumindest teilweise zu lösen. In einem Beispiel umfasst eine ringförmige Turbinendüse eine mittlere Achse und eine Düsenschaufel. Die Düsenschaufel enthält eine feststehende Schaufel und eine Gleitschaufel. Die feststehende Schaufel enthält eine Gleitfläche, die mit einer Gleitfläche der Gleitschaufel in Kontakt steht. Die Gleitschaufel ist dazu positioniert, in einer im Wesentlichen tangential zu einem Innenumfang der Turbinendüse verlaufenden Richtung zu gleiten. Somit kann ein Sollanströmwinkel über einen Bereich von Motorbetriebsbedingungen im Wesentlichen aufrechterhalten werden. Des Weiteren können Expansionsverluste im Vergleich zu einer Turbinendüse mit einem ringförmigen Gleitring reduziert werden.
Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung dazu vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem anderen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines turboaufgeladenen Motors.
2 zeigt einen Querschnitt einer beispielhaften Ausführungsform einer Turboladerturbine, die eine Turbinendüse enthält.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Turbinendüse und eines Turbinenrads.
4 zeigt eine auseinander gezogene Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Turbinendüse.
5 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Turbinendüse mit einer Gleitdüsenschaufel, wenn die Gleitdüsenschaufel für eine erste Motorbetriebsbedingung eingestellt ist.
6 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Turbinendüse, wenn die Gleitdüsenschaufel für eine zweite Motorbetriebsbedingung eingestellt ist.
7 und 8 zeigen eine beispielhafte Ausführungsform einer Düsenschaufel, die für andere Motorbetriebsbedingungen eingestellt ist.
9 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens für einen turboaufgeladenen Motor, der eine Gleitdüsenschaufel enthält.
Mindestens die 3–4 sind ungefähr maßstäblich.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme für Turbolader mit variabler Geometrie von Verbrennungsmotoren. Eine beispielhafte Ausführungsform eines Motors mit einem Turbolader wird in 1 dargestellt. Der beispielhafte Turbolader enthält einen durch eine Turbine angetriebenen Verdichter, wie die in 2 dargestellte beispielhafte Ausführungsform einer Turbine. Die beispielhafte Turbine enthält eine Turbinendüse und ein Turbinenrad, wie in den 3–6 näher gezeigt. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Turbinendüse und eines Turbinenrads. 4 zeigt eine auseinander gezogene Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Turbinendüse. 5 und 6 zeigen, wie eine Gleitdüsenschaufel der Turbinendüse unter verschiedenen Motorbetriebsbedingungen verstellt werden kann. Zum Beispiel kann Verkleinern der Länge der Gleitdüsenschaufel, wie in 5 dargestellt, wünschenswert sein, wenn der Motor einen starken Abgasstrom erzeugt. Als anderes Beispiel kann Vergrößern der Länge der Gleitdüsenschaufel, wie in 6 dargestellt, wünschenswert sein, wenn der Motor einen geringen Abgasstrom erzeugt. Durch Ändern der Länge der Düsenschaufel über verschiedene Motorbetriebsbedingungen kann der Ladedruck des Motors gesteuert werden. Die 7 und 8 zeigen eine beispielhafte Ausführungsform einer Düsenschaufel, so dass verschiedene Schaufeleigenschaften definiert werden können. Zum Beispiel zeigt 7 eine Düsenschaufel, die auf eine erste Länge eingestellt ist, und 8 zeigt eine Düsenschaufel, die auf eine zweite Länge eingestellt ist. 9 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens für einen turboaufgeladenen Motor, der eine Gleitdüsenschaufel enthält. Zum Beispiel zeigt das beispielhafte Verfahren, wie der Ladedruck durch Ändern der Länge der Düsenschaufel gesteuert werden kann.
1 zeigt ein Beispiel für einen turboaufgeladenen Motor, insbesondere den Verbrennungsmotor 10, der mehrere Zylinder umfasst, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt, wird. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuerung 12 enthält, und durch Eingabe von einem Fahrzeugführer 72 über eine Eingabevorrichtung 70 gesteuert werden. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 70 ein Fahrpedal und einen Pedalstellungssensor 74 zur Erzeugung eines proportionalen Pedalstellungssignals PPS. Der Motor 10 enthält die Brennkammer 30 und die Zylinderwände 32 mit darin positioniertem Kolben 36, der mit der Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Brennkammer 30 steht über ein Einlassventil 52 und ein Auslassventil 54 mit dem Einlasskrümmer 44 bzw. dem Auslasskrümmer 48 in Verbindung. Der Einlasskrümmer 44 weist in der Darstellung weiterhin ein Kraftstoffeinspritzventil 68 auf, das damit gekoppelt ist, um Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals (FPW) von der Steuerung 12 zuzuführen.
Die Steuerung 12 wird als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102 (CPU), Eingangs-/Ausgangs-Ports 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, in diesem bestimmten Beispiel als Nurlesespeicherchip (ROM) 106 gezeigt, einen Direktzugriffspeicher (RAM) 108 und einen herkömmlichen Datenbus enthält.
Die Steuerung 12 empfängt verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren, darunter, aber nicht darauf beschränkt: Messungen des eingeleiteten Luftmassenstroms (MAF – Mass Air Flow) von dem mit dem Luftfilter gekoppelten Luftmassenstromsensor 110; Motorkühlmitteltemperatur (ECT – Engine Coolant Temperature) von dem mit der Kühlmanschette 114 gekoppelten Temperatursensor 112; eine Messung des Krümmerdrucks (MAP – Manifold Pressure) von dem mit einem Einlasskrümmer 44 gekoppelten Krümmerdrucksensor 115 und ein Zündungsprofilaufnehmersignal (PIP – Profile Ignition Pick Up) von dem mit der Kurbelwelle 40 gekoppelten Hall-Effekt-Sensor 118, das eine Motordrehzahl anzeigt.
Bei einer als Hochdruck-AGR bekannten Konfiguration wird Abgas über ein mit dem Auslasskrümmer 48 verbundenes AGR-Rohr 125 dem Einlasskrümmer 44 zugeführt. Eine AGR-Ventilanordnung 120 befindet sich im AGR-Rohr 125. Anders ausgedrückt strömt Abgas von dem Auslasskrümmer 48 zuerst durch die Ventilanordnung 120, dann zum Einlasskrümmer 44. Die AGR-Ventilanordnung 120 kann dann als sich stromaufwärts des Einlasskrümmers befindend bezeichnet werden. Es gibt auch einen optionalen, im AGR-Rohr 125 platzierten AGR-Kühler 130 zum Kühlen der AGR vor dem Eintritt in den Einlasskrümmer. Die Niederdruck-AGR kann zum Rückführen von Abgas von einer Stelle stromabwärts der Turbine 16 zu einer Stelle stromaufwärts des Verdichters 14 über das Ventil 141 verwendet werden.
Der Drucksensor 115 liefert ein Maß des Krümmerdrucks (MAP) an die Steuerung 12. Die AGR-Ventilanordnung 120 weist eine (nicht gezeigte) Ventilstellung zum Steuern einer Engstelle mit variabler Fläche im AGR-Rohr 125 auf, die dadurch den AGR-Strom steuert. Die AGR-Ventilanordnung 120 kann entweder den AGR-Strom durch das Rohr 125 minimal drosseln oder den AGR-Strom durch das Rohr 125 vollständig drosseln oder so arbeiten, dass der AGR-Strom variabel gedrosselt wird. Ein Unterdruckregler 124 ist an die AGR-Ventilanordnung 120 gekoppelt. Der Unterdruckregler 124 empfängt ein Betätigungssignal 126 von der Steuerung 12 zum Steuern der Ventilstellung der AGR-Ventilanordnung 120. Bei einer Ausführungsform ist die AGR-Ventilanordnung ein über Unterdruck betätigtes Ventil. Es kann jedoch jede Art von Stromregelventil, wie beispielsweise ein über ein elektrisches Solenoid angetriebenes Ventil oder ein über einen Schrittmotor angetriebenes Ventil, verwendet werden.
Der Turbolader 13 weist eine mit dem Auslasskrümmer 48 gekoppelte Turbine 16 und einen über einen Ladeluftkühler 132 in dem Einlasskrümmer 44 gekoppelten Verdichter 14 auf. Die Turbine 16 ist über eine Antriebswelle 15 mit dem Verdichter 14 gekoppelt. Luft mit atmosphärischem Druck tritt vom Kanal 140 in den Verdichter 14 ein. Abgas strömt von dem Auslasskrümmer 48 durch die Turbine 16 und tritt aus dem Kanal 142 aus. Auf diese Weise liefert die abgasgetriebene Turbine dem Verdichter Energie zur Verstärkung des Drucks und des Luftstroms in den Motor. Der Ladedruck kann durch die Drehzahl der Turbine 16 gesteuert werden, die durch den Strom von Gasen durch die Turbine 16 zumindest teilweise gesteuert wird.
Der Strom von Gasen durch die Turbine 16 kann durch die beispielhafte Ausführungsform der Turbine 16 in 2 weiter dargestellt werden. Die Turbine 16 kann ein Gehäuse 202 enthalten, das eine Turbinendüse 210 und ein Turbinenrad 220 mit einer Turbinenschaufel 222 umgibt. Das Gehäuse 202 kann zum Beispiel einen Kanal 204 enthalten, der mit der ringförmigen Turbinendüse 210 in Verbindung steht. Die ringförmige Turbinendüse 210 kann mit dem Kanal 206 in Verbindung steht. Somit können Abgase von dem Auslasskrümmer 48, durch den Kanal 204, durch die Turbinendüse 210, über das Turbinenrad 220 und die Turbinenschaufel 222 in den Kanal 206 und aus dem Kanal 142 strömen. Des Weiteren kann der Strom von Gasen, zum Beispiel die Expansion von Gasen, durch die Turbine 16 durch Ändern der Geometrie einer Turbinendüse 210 gesteuert werden, und somit kann die Drehzahl der Turbine 16 gesteuert werden.
Zum Beispiel kann die Geometrie einer Düsenschaufel 260 dazu eingestellt werden, den Strom von Gasen durch die Turbinendüse 210 zu steuern. In einem Beispiel kann die Länge der Düsenschaufel 260 dazu eingestellt werden, den Strom von Gasen durch die Turbinendüse 210 zu steuern. Bei einer Ausführungsform kann die Turbinendüse 210 allgemein ringförmig sein und eine mittlere Achse 230 mit dem Turbinenrad 220 und der Antriebswelle 15 teilen. Mit anderen Worten, das Turbinenrad 220 und die Turbinendüse 210 können koaxial und konzentrisch sein. Die Turbinendüse 210 kann einen ringförmigen Verstellring 240, eine ringförmige Düsenwandplatte 250 und eine Düsenschaufel 260 enthalten. Bei einer Ausführungsform können der Verstellring 240 und die Düsenwandplatte 250 eine Stütz- und Steuerstruktur für die Düsenschaufel 260 bilden. Die Form einer Düsenschaufel 260 kann durch Drehen des Verstellrings 240 und/oder der Düsenwandplatte 250 eingestellt werden.
Durch Ändern der Geometrie der Düsenschaufel 260 kann die Querschnittsfläche eines Kanals oder ein Hals der Turbinendüse 210 geändert werden. Bei einer Ausführungsform kann ein Kanal vier Seiten enthalten. Zum Beispiel kann eine Seite durch eine Fläche 252 der Düsenwandplatte 250 gebildet werden und eine Seite kann durch eine Fläche 208 des Turbinengehäuses 202 gebildet werden. Die anderen beiden Seiten können durch Flächen benachbarter Düsenschaufeln gebildet werden. Bei einer Ausführungsform kann der Abstand zwischen der Düsenwandplatte 250 und dem Turbinengehäuse 202 während des Motorbetriebs nicht geändert werden, zum Beispiel gibt es keine Axialbewegung der Düsenwandplatte 250 bezüglich des Turbinengehäuses 202, so dass die Querschnittsfläche der Turbinendüsenkanäle nur durch Einstellung der Düsenschaufel 260 gesteuert wird. Zum Beispiel kann Verlängern der Düsenschaufel 260 die Querschnittsfläche der Kanäle der Turbinendüse 210 und den Volumengasstrom durch die Kanäle einstellen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Axialbewegung der Düsenwandplatte 250 und/oder des Turbinengehäuses 202 weiterhin dazu verwendet werden, die Querschnittsfläche von Kanälen der Turbinendüse 210 zu ändern.
Die Geometrie und die Einstellung der Düsenschaufel 260 können durch 3 weiter dargestellt werden. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Turbinendüse und eines Turbinenrads, wobei ein Teil der Düsenwandplatte 250 für Darstellungszwecke an den Schnittlinien 302 und 304 weggeschnitten bzw. entfernt ist. Somit werden Details des Verstellrings 240, die in einer zusammengebauten Turbinendüse 210 durch die Düsenwandplatte 250 bedeckt werden, in 3 gezeigt. Die Turbinendüse 210, der Verstellring 240 und die Düsenwandplatte 250 können allgemein ringförmig sein und einen Innenumfang und einen Außenumfang aufweisen. Bei einer Ausführungsform sind die Turbinendüse 210, der Verstellring 240 und die Düsenwandplatte 250 koaxial. Bei einer Ausführungsform können die Innenumfänge der Turbinendüse 210, des Verstellrings 240 und der Düsenwandplatte 250 gleich sein. Bei einer Ausführungsform können die Außenumfänge der Turbinendüse 210, des Verstellrings 240 und der Düsenwandplatte 250 gleich sein.
Die Düsenschaufel 260 kann eine feststehende Schaufel 310 und eine Gleitschaufel 320 umfassen. Bei einer Ausführungsform kann die Länge der Düsenschaufel 260 durch Bewegen, zum Beispiel Verschieben, der feststehenden Schaufel 310 und/oder der Gleitschaufel 320 bezüglich einander eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Gleitschaufel 320 dazu konfiguriert sein, sich zu bewegen, und die feststehende Schaufel 310 kann an der ringförmigen Düsenwandplatte 250 befestigt oder integral damit sein. Es kann von Vorteil sein, die feststehende Schaufel 310 an der Düsenwandplatte 250 zu befestigen, um einen Zwischenraum zwischen der feststehenden Schaufel 310 und der Düsenwandplatte 250 zu reduzieren oder zu beseitigen, so dass aerodynamische Verluste reduziert werden können, wenn Gas an der feststehenden Schaufel 310 vorbeiströmt. Die feststehende Schaufel 310 kann eine Gleitfläche 312 enthalten, die mit einer Gleitfläche 322 der Gleitschaufel 320 in Gleitkontakt steht. Bei einer Ausführungsform können die Gleitflächen 312 und 322 im Wesentlichen senkrecht zur Fläche 252 der Düsenwandplatte 250 sein. Der Winkel zwischen der Gleitfläche 312 und der Fläche 252 kann zum Beispiel zwischen achtzig und hundert Grad betragen. Bei einer Ausführungsform können die Gleitflächen 312 und 322 parallel und planar sein.
Bei einer Ausführungsform kann die Gleitschaufel 320 dazu positioniert sein, sich bei Drehen eines Verstellrings 240 zu bewegen. Zum Beispiel kann der Verstellring 240 über einen Betätigungsarm 340, der sich von dem Verstellring 240 in einer radialen Richtung erstreckt, gedreht werden. Der Verstellring 240 kann einen Schlitz 330 aufweisen, der dazu geformt ist, ein Lager 350 aufzunehmen und seine Position zu leiten. Das Lager 350 kann dazu konfiguriert sein, einen Betätigungsstift 324 der Gleitschaufel 320 aufzunehmen. Zum Beispiel kann sich der Betätigungsstift 324 durch einen Schlitz in der Düsenwandplatte 250 von der Gleitschaufel 320 erstrecken, um so von dem Lager 350 aufgenommen zu werden. Somit kann die Gleitschaufel 320 so gehemmt werden, dass sie sich in einem durch die Länge und die Position des Schlitzes in der Düsenwandplatte 250 und der Länge und der Position des Schlitzes 330 bestimmten Bereich bewegt.
4 zeigt eine auseinander gezogene Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Turbinendüse, die Komponenten der Turbinendüse 210, wie zum Beispiel den Schlitz 410 in der Düsenwandplatte 250, weiter darstellen kann. Der Schlitz 410 kann parallel zu den Gleitflächen 312 und 322 verlaufen. Bei einer Ausführungsform kann der Schlitz 410 zu dem Außenumfang der Düsenwandplatte 250 verlaufen. Wenn die Turbinendüse 210 zusammengebaut ist, können sich der Schlitz 410 der Düsenwandplatte 250 und der Schlitz 330 des Verstellrings 240 kreuzen. Der Betätigungsstift 324 kann sich von der Gleitschaufel 320 durch die Düsenwandplatte 250 und den Verstellring 240 am Kreuzungspunkt der Schlitze 330 und 410 erstrecken. Wenn der Verstellring 240 bezüglich der Düsenwandplatte 250 in eine erste Richtung um die Achse 230 gedreht wird, kann sich der Kreuzungspunkt nach außen zum Außenumfang der Düsenwandplatte 250 bewegen. Ebenso kann sich der Kreuzungspunkt, wenn der Verstellring 240 bezüglich der Düsenwandplatte 250 in die entgegen gesetzte Richtung gedreht wird, nach innen zum Innenumfang der Düsenwandplatte 250 bewegen. Somit kann die Position der Gleitschaufel 320 durch Drehen des Verstellrings 240 verstellt werden. Bei einer Ausführungsform kann die Gleitschaufel 320 zum Beispiel in einer allgemein radialen Richtung in der Turbinendüse 210 bewegt werden. Bei einer Ausführungsform kann die Gleitschaufel 320 in einer linearen Richtung ohne Schwenken oder Drehen bewegt werden. Bei einer Ausführungsform kann die Gleitschaufel 320 in einer linearen Richtung ohne Schwenken oder Drehen und ohne axiale Bewegung in der Turbinendüse 210 bewegt werden.
Durch die Turbinendüse 210 strömendes Abgas kann Ruß und Kohlenwasserstoffe enthalten, die auf den Gleitflächen 312 und 322 abgelagert werden können. Die Ablagerungen können potentiell einen erhöhten Widerstand oder Steckenbleiben bei Bewegung der Gleitschaufel 320 verursachen. Somit kann es wünschenswert sein, die Ablagerungen auf den Gleitflächen 312 und 322 im Betrieb des Motors zu verringern oder zu entfernen. Zum Beispiel kann die Gleitbewegung der Gleitfläche 322 gegen die Gleitfläche 312 zum Entfernen der Ablagerungen verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform kann die feststehende Schaufel 310 aus einem ersten Material und die Gleitschaufel 320 aus einem zweiten Material bestehen. Des Weiteren können ein oder beide der Materiale abrasiv sein. Zum Beispiel kann die feststehende Schaufel 310 aus Keramik bestehen oder mit Keramik beschichtet sein, und die Gleitschaufel 320 kann aus Stahl sein. Als ein anderes Beispiel kann die feststehende Schaufel 310 aus Stahl sein, und die Gleitschaufel 320 kann aus Keramik bestehen oder mit Keramik beschichtet sein. Des Weiteren können eine oder beide Gleitflächen 312 und 322 eine Struktur aufweisen. Zum Beispiel kann eine grobe Struktur auf der Gleitfläche 312 die Oberfläche, die mit der Gleitfläche 322 in Kontakt steht, verkleinern, wodurch Widerstand bei Bewegen der Gleitschaufel 320 reduziert werden kann. Ebenso können eine erste Struktur oder ein erstes Muster auf der Gleitfläche 312 und eine zweite Struktur oder ein zweites Muster auf der Gleitfläche 322 den Widerstand bei Bewegen der Gleitschaufel 320 reduzieren. Eine strukturierte Fläche kann auch Rußablagerungen, die sich auf der strukturierten Fläche oder der benachbarten Fläche angesammelt haben, abreiben.
Die Gleitdüsenschaufel 260 der Turbinendüse 210 kann unter verschiedenen Motorbetriebsbedingungen verstellt werden, um den Gasstrom durch die Turbinendüse 210 und den Ladedruck des Einlasskrümmers 44 zu steuern. Insbesondere kann der Gasstrom durch die Turbinendüse 210 durch Einstellen der Länge der Gleitdüsenschaufel 260, was die Querschnittsfläche der Kanäle der Turbinendüse 210 ändern kann, gesteuert werden. 5 und 6 zeigen, wie die Kanäle der Turbinendüse 210 durch Einstellen der Gleitdüsenschaufel 260 über einen Längenbereich verändert werden können. Zum Beispiel kann in 5 die Gleitdüsenschaufel 260 auf eine erste Länge eingestellt werden. Als anderes Beispiel kann die Länge der Gleitdüsenschaufel 260 vergrößert werden, wie in 6 dargestellt.
Nunmehr auf 5 Bezug nehmend, kann die Düsenschaufel 260 auf die Länge 510 eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Gleitschaufel 320 entlang der Ebene 520 in Kontakt mit der feststehenden Schaufel 310 gleiten. Bei einer Ausführungsform kann die Ebene 520 im Wesentlichen tangential zu einem Innenumfang 530 der Düsenwandplatte 250 verlaufen. Die Ebene 520 kann zum Beispiel innerhalb von null bis sechzig Grad (zum Beispiel null bis zwanzig) bezüglich der Tangentialen des Innenumfangs 530 verlaufen. Bei einer Ausführungsform kann die Düsenschaufel 260 auf eine minimale Länge 510 eingestellt werden, wenn die Gleitschaufel 320 so eingestellt wird, dass ein Ende ihres Bereichs am nächsten zu einem Außenumfang 540 der Düsenwandplatte 250 liegt.
Die Kanäle durch die Turbinendüse 210 können zwischen benachbarten Düsenschaufeln gebildet sein. Zum Beispiel kann ein Kanal zwischen der Gasfläche 560 der feststehenden Schaufel 310 und der Gasfläche 570 der Gleitschaufel 320 gebildet sein. Das Gas kann durch die Gasflächen 560 und 570 geführt werden, wenn Gas von einer Vorderkante der Düsenschaufel 260 zu einer Hinterkante der Düsenschaufel 260 durch den Kanal strömt. Die Vorderkante der Düsenschaufel 260 kann so positioniert sein, dass sie dem Außenumfang 540 zugekehrt ist, und die Hinterkante der Düsenschaufel 260 kann so positioniert sein, das sie dem Innenumfang 530 zugekehrt ist. Durch solches Ausrichten jeder der Düsenschaufeln 260, dass sie sich im Wesentlichen tangential zum Innenumfang 530 der Düsenwandplatte 250 erstrecken, kann der Kanal verschmälert werden, wenn Gas vom Außenumfang 540 zum Innenumfang 530 durch die Turbinendüse 210 strömt. Somit kann Gas beschleunigt werden, wenn das Gas vom Außenumfang 540 zum Innenumfang 530 strömt. Gas kann zum Beispiel beschleunigt werden, wenn es durch den Kanal zu einer schmalen Stelle des Kanals mit einer Breite 550 strömt.
Des Weiteren kann der Wirkungsgrad der Turbine 16 durch den Anströmwinkel des über die Turbinenschaufel 222 strömenden Gases bestimmt werden. Zum Beispiel kann es günstig sein, wenn das Gas die Turbinendüse 210 verlässt und in einem Anströmwinkel im Wesentlichen senkrecht zur Turbinenschaufel 222 und im Wesentlichen tangential zum Innenumfang 530 über die Turbinenschaufeln strömt. Der Anströmwinkel kann durch die Geometrie des Kanals bestimmt werden. Zum Beispiel können die Form und die Ausrichtung der Gasfläche 560 der feststehenden Schaufel 310 und der Gasfläche 570 der Gleitschaufel 320 den Anströmwinkel des über die Turbinenschaufel 222 strömenden Gases beeinflussen. Bei einer Ausführungsform kann die feststehende Schaufel 310 an der Turbinendüse 210 befestigt sein, und die Geometrie der Gasfläche 560 kann unverändert bleiben, wenn die Länge der Düsenschaufel 260 geändert wird. Somit kann in der Nähe der Gasfläche 560 der feststehenden Schaufel 310 strömendes Gas mit weniger Änderung im Vergleich zu einer Schwenkdüsenschaufelturbine zur Turbinenschaufel 222 geführt werden. Dies kann den potentiellen Vorteil eines zunehmenden Turbinenwirkungsgrads über einen weiteren Betriebsbereich im Vergleich zu einer Schwenkdüsenschaufelturbine mit sich bringen.
Die Geometrie der Kanäle der Turbinendüse 210 kann durch Verlängern der Düsenschaufel 260 geändert werden. 6 zeigt die Düsenschaufel 260, die auf eine Länge 610 eingestellt ist, die größer ist als die Länge 510. Der Verstellring 240 kann zum Beispiel gedreht werden, um die Gleitschaufel 320 in Kontakt mit der feststehenden Schaufel 310 entlang der Ebene 520 zu bewegen. Bei einer Ausführungsform kann die Düsenschaufel 260 durch Bewegen der Gleitschaufel 320 zum Innenumfang 530 der Düsenwandplatte 250 verlängert werden. Auf diese Weise kann der schmale Teil des Kanals zwischen benachbarten Düsenschaufeln, zum Beispiel zwischen den Gasflächen 560 und 570, weiter verschmälert werden, so dass die Breite 620 kleiner als die Breite 550 ist. Somit kann die Querschnittsfläche des Kanals durch Vergrößern der Länge der Düsenschaufel 260 verkleinert werden.
Des Weiteren kann der Anströmwinkel des über die Turbinenschaufel 222 strömenden Gases bei einer ersten Länge der Düsenschaufel 260 ähnlich dem Anströmwinkel des über die Turbinenschaufel 222 strömenden Gases bei einer anderen Länge der Düsenschaufel 260 sein. Zum Beispiel kann die Geometrie der Gasfläche 560 unverändert bleiben, wenn die Länge der Düsenschaufel 260 eingestellt wird. Des Weiteren kann die Form der Gasfläche 570 der Gleitschaufel 320 unverändert sein. Mit Verlängerung der Düsenschaufel 260 können die Gleitflächen 312 und 322 weiterhin Gas durch die Kanäle der Turbinendüse 210 führen. Bei einer Ausführungsform können eine sich verjüngende Vorderkante der Gleitschaufel 320 und eine sich verjüngende Hinterkante der feststehenden Schaufel 310 eine Differenz der Anströmwinkel bei Längenverstellung der Düsenschaufel 260 potenziell reduzieren.
7 zeigt weiter Aspekte der Düsenschaufel 260, die aerodynamische Eigenschaften der Turbinendüse 210 beeinflussen können. 7 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Düsenschaufel 260, so dass verschiedene Schaufeleigenschaften definiert werden können. Die Düsenschaufel 260 kann eine abgerundete Vorderkante 702 und eine sich verjüngende Hinterkante 704 aufweisen. Eine Sehne 710 mit einer Länge kann sich zwischen der Vorderkante 702 und der Hinterkante 704 erstrecken. Die Sehne 710 kann an der Grenzfläche der Gleitfläche 312 der feststehenden Schaufel 310 und der Gleitfläche 322 der Gleitschaufel 320 einen Winkel 712 mit der Ebene 520 bilden. Bei einer Ausführungsform kann der Winkel 712 innerhalb von plus oder minus 45 Grad liegen.
Die Düsenschaufel 260 enthält die Gleitschaufel 320. Die Turbinendüse 210 ist so konfiguriert, dass die Gasfläche 570 mindestens einen Teil einer Seite eines Kanals zum Leiten von Gas durch die Turbinendüse 210 bildet. Die aerodynamische Strömung durch den Kanal und der Wirkungsgrad der Turbine können durch die Form der Gleitschaufel 320 beeinflusst werden. Wie dargestellt, enthält die Gleitschaufel 320 eine planare Gleitfläche 322, eine konvex gekrümmte Gasfläche 570, eine konkave oder konvexe Gasfläche 560, eine Länge 732 und eine maximale Dicke 730.
Die Gasflächen 560 und 570 können gekrümmt sein oder andere geeignete Geometrien aufweisen. Zum Beispiel können die Gasflächen 560 und 570 einem Bogen mit einer einzigen Krümmungsachse folgen. Als anderes Beispiel können die Gasflächen einen konvexen und einen konkaven Teil, bis der Strömungskanal entlang der Strömungsrichtung konvergiert, enthalten. Als anderes Beispiel kann die Gasfläche eine oder mehrere planare Flächen enthalten. Zum Beispiel kann die Gleitschaufel 320 keilförmig mit einer Vorderkante 702 nahe dem schmalen Ende und einer Hinterkante 704 nahe dem dicken Ende sein.
Die Gleitschaufel 320 kann eine Vorderkante 702 nahe dem sich verjüngenden Ende und eine Hinterkante 704 nahe dem sich verjüngenden Ende aufweisen.
Die Düsenschaufel 260 enthält die feststehende Schaufel 310. Die Turbinendüse 210 ist so konfiguriert, dass die Gasfläche 560 mindestens einen Teil einer Seite eines Kanals zum Leiten von Gas durch die Turbinendüse 210 bildet. Die aerodynamische Strömung durch den Kanal und der Wirkungsgrad der Turbine können durch die Form der Gleitschaufel 310 beeinflusst werden. Wie dargestellt, enthält die Gleitschaufel 310 eine planare Gleitfläche 312, eine Gasfläche 560 und eine maximale Dicke 750.
Die feststehende Schaufel 310 kann eine Vorderkante 702 nahe dem abgerundeten Ende und eine Hinterkante 704 nahe dem sich verjüngenden Ende aufweisen. Zum Beispiel kann die Gasfläche 560 einen gekrümmten Teil enthalten, der die Vorderkante der Gleitfläche 312 schneidet. Des Weiteren kann die Gasfläche 560 die Hinterkante der Gleitfläche 570 in einem Winkel 760 schneiden. Bei einer Ausführungsform kann der Winkel 760 zwischen null und sechzig Grad betragen. Bei anderen Ausführungsformen können andere geeignete Geometrien für die feststehende Schaufel 310 verwendet werden. Zum Beispiel kann die feststehende Schaufel 310 eine Vorderkante 702 nahe dem sich verjüngenden Ende aufweisen.
Bei einer Ausführungsform kann die Düsenschaufel 260 durch Bewegen der Gleitschaufel 320 in Kontakt mit der feststehenden Schaufel 310 entlang der Ebene 520 eingestellt werden. Auf diese Weise kann die Düsenschaufel 260 zwischen einer minimalen Länge und einer maximalen Länge eingestellt werden. 7 zeigt eine Ausführungsform einer Düsenschaufel 260 auf einer minimalen Länge, wenn die Gleitschaufel 320 auf eine Position am nächsten zur Vorderkante 702 eingestellt ist. Am anderen Ende des Spektrums zeigt 8 eine Ausführungsform einer Düsenschaufel 260 auf einer maximalen Länge, wenn die Gleitschaufel 320 auf eine Position am weitesten weg von der Vorderkante 702 eingestellt ist. Die Vorderkante der Gleitschaufel 320 kann zum Beispiel über einen Bereich 810 eingestellt werden. Bei einer Ausführungsform kann der Bewegungsbereich 810 weniger als fünfzig Prozent entlang der Gleitfläche 312 betragen.
Die Gleitdüsenschaufel 260 der Turbinendüse 210 kann als Reaktion auf verschiedene Motorbetriebsbedingungen über den Bereich 810 verstellt werden. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, die Höhe des Ladedrucks zum Motor unter verschiedenen Motorbetriebsbedingungen einzustellen. Durch Einstellen der Länge der Gleitdüsenschaufel 260 kann der Gasstrom durch die Turbinendüse 210 geändert werden, und der Ladedruck des Einlasskrümmers 44 kann eingestellt werden. 9 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens 900 für einen turboaufgeladenen Motor, der eine Gleitdüsenschaufel enthält.
Bei 910 können die Motorbetriebsbedingungen bestimmt werden. Zum Beispiel können die Motorlast, die Motordrehzahl, der Ladedruck, der Einlassluftmassenstrom, die Turboladerdrehzahl und die Abgastemperatur gemessen oder berechnet werden. In einem Beispiel können diese Bedingungen dazu verwendet werden, zu bestimmen, ob der Turbolader 13 eingestellt werden sollte. Es kann zum Beispiel von Vorteil sein, den Verdichter 14 in einem Bereich zwischen Pumpen und Stopfen zu betreiben. Zu Pumpen kann es bei geringem Luftmassenstrom kommen, wenn der Luftstrom durch den Verdichter 14 abdrosselt und sich möglicherweise umdreht. Der umgekehrte Luftstrom kann bewirken, dass der Motor Leistung verliert. Zu Stopfen kommt es, wenn die durch den Verdichter strömende Luftstrommasse für eine gegebene Drehzahl des Verdichters nicht erhöht werden kann. Beim Stopfen kann der Verdichter dem Motor keine zusätzliche Luft zuführen, und somit kann die Motorleistungsdichte nicht erhöht werden. Als Beispiel kann es wünschenswert sein, die Düsenschaufelgeometrie zu ändern, um die von der Turbine abgezogene Energie zu ändern und so dem Energiebedarf des Verdichters zur Aufladung aufgrund von verschiedenen AGR-Anforderungen oder Anforderungen des instationären Ansprechverhaltens zu entsprechen. Als anderes Beispiel kann es wünschenswert sein, den Ladedruck durch Erhöhen der Drehzahl der Turbine 16, wenn der Verdichter 14 nahe Stopfen betrieben wird, zu erhöhen.
Des Weiteren kann eine Eingabe von dem proportionalen Pedalstellungssignal PPS überwacht werden. Zum Beispiel kann der Fahrzeugführer 72 über das Fahrpedal eine Beschleunigung oder Abbremsung anfordern. Bei Beschleunigung kann es wünschenswert sein, Ladedruck zu erhöhen. Bei Abbremsung kann es wünschenswert sein, Ladedruck zu verringern.
Bei 920 wird bestimmt, ob erhöhter Ladedruck erwünscht ist. Wenn erhöhter Ladedruck nicht erwünscht ist, dann fährt das Verfahren 900 mit 950 fort. Wenn erhöhter Ladedruck erwünscht ist, kann es von Vorteil sein, die Drehzahl der Turbine 16 durch Einstellen der Form der Düsenschaufel 260 zu erhöhen. Das Verfahren 900 fährt mit 930 fort, wenn erhöhter Ladedruck erwünscht ist.
Bei 930 wird bestimmt, ob sich die Düsenschaufel 260 auf ihrer maximalen Länge befindet. Zum Beispiel kann bestimmt werden, ob sich die Vorderkante der Gleitschaufel 320 am Ende des Bereichs 810 am weitesten von der Vorderkante 702 entfernt befindet. Wenn sich die Düsenschaufel 260 auf ihrer maximalen Länge befindet, kann die Länge dann nicht weiter vergrößert werden, und das Verfahren 900 fährt mit 980 fort. Wenn sich die Düsenschaufel 260 jedoch nicht auf ihrer maximalen Länge befindet, fährt das Verfahren 900 mit 940 fort.
Bei 940 kann die Form der Düsenschaufel 260 eingestellt werden, um die Drehzahl der Turbine 16 potentiell zu erhöhen. Zum Beispiel kann die Länge der Düsenschaufel 260 vergrößert werden, wodurch die Querschnittsfläche des Kanals in der Turbinendüse 210 verkleinert und die Volumenstromrate des Gases durch die Turbinendüse 210 erhöht werden kann. In einem Beispiel kann die Düsenschaufel 260 durch Bewegen der Gleitschaufel 320 von der Vorderkante 702 weg zum Innenumfang 530 der Turbinendüse 210 verlängert werden. Auf diese Weise kann die Drehzahl der Turbine 16 potentiell erhöht werden. Das Verfahren 900 kann nach 940 enden.
Bei 950 wird bestimmt, ob ein verringerter Ladedruck erwünscht ist. Wenn verringerter Ladedruck nicht erwünscht ist, fährt das Verfahren 900 mit 980 fort. Wenn verringerter Ladedruck erwünscht ist, kann es von Vorteil sein, die Drehzahl der Turbine 16 durch Einstellen der Form der Düsenschaufel 260 zu verringern. Das Verfahren 900 fährt mit 960 fort, wenn verringerter Ladedruck erwünscht ist.
Bei 960 wird bestimmt, ob sich die Düsenschaufel 260 auf ihrer minimalen Länge befindet. Zum Beispiel kann bestimmt werden, ob sich die Vorderkante der Gleitschaufel 320 am Ende des Bereichs 810 am nächsten zur Vorderkante 702 befindet. Wenn sich die Düsenschaufel 260 auf ihrer minimalen Länge befindet, dann kann die Länge nicht weiter verringert werden, und das Verfahren 900 fährt mit 980 fort. Wenn sich die Düsenschaufel 260 jedoch nicht auf ihrer minimalen Länge befindet, dann fährt das Verfahren 900 mit 970 fort.
Bei 970 kann die Form der Düsenschaufel 260 eingestellt werden, um die Drehzahl der Turbine 16 potentiell zu verkleinern. Zum Beispiel kann die Länge der Düsenschaufel 260 verkleinert werden, wodurch die Querschnittsfläche des Kanals in der Turbinendüse 210 vergrößert und die Volumenstromrate des Gases durch die Turbinendüse 210 verringert werden kann. In einem Beispiel kann die Düsenschaufel 260 durch Bewegen der Gleitschaufel 320 zur Vorderkante 702 vom Innenumfang 530 der Turbinendüse 210 weg verkürzt werden. Auf diese Weise kann die Drehzahl der Turbine 16 potentiell verringert werden. Das Verfahren 900 kann nach 970 enden.
Bei 980 wird die Form der Düsenschaufel 260 beibehalten. Zum Beispiel wird die Länge der Düsenschaufel 260 beibehalten. Das Verfahren 900 kann nach 980 enden.
Somit zeigt das Verfahren 900 ein Verfahren für einen Turbolader, wie zum Beispiel den Turbolader 13. In einem Beispiel umfasst das Verfahren 900 Leiten von Gas von dem Auslasskanal 204 durch die Turbinendüse 210 zum Turbinenrad 220. Eine Form der Düsenschaufel 260 der Turbinendüse 210 kann als Reaktion auf eine Motorbetriebsbedingung eingestellt werden. Auf diese Weise können die Drehzahl der Turbine 16 und der Ladedruck gesteuert werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen rein beispielhaft sind und dass diese bestimmten Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne betrachtet werden sollen, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie auf V-6-, I-4-, I-6, V-12-, Boxer-4-, Benzin-, Diesel- und andere Motortypen und Kraftstofftypen angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt somit alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme, Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden, ein.
Die folgenden Ansprüche weisen speziell auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hin, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten als den Einschluss von einem oder mehreren solchen Elementen umfassend verstanden werden, wobei sie zwei oder mehr solche Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage von neuen Ansprüchen in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden.
Solche Ansprüche werden, ob ihr Schutzbereich weiter, enger, gleich oder anders in Bezug auf die ursprünglichen Ansprüche ist, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims

Ringförmige Turbinendüse, umfassend: eine mittlere Achse und eine Düsenschaufel, wobei die Düsenschaufel Folgendes enthält: eine feststehende Schaufel, die eine Gleitfläche aufweist; und eine Gleitschaufel, die eine Gleitfläche aufweist, die in Kontakt mit der Gleitfläche der feststehenden Schaufel steht, wobei die Gleitschaufel dazu positioniert ist, in einer im Wesentlichen tangential zu einem Innenumfang der Turbinendüse verlaufenden Richtung zu gleiten.
Turbinendüse nach Anspruch 1, wobei sich die Gleitschaufel in einer Richtung zwischen null und sechzig Grad bezüglich der Tangentialen des Innenumfangs bewegt, um einen Halsbereich des Gasströmungskanals zu ändern.
Turbinendüse nach Anspruch 1, wobei die feststehende Schaufel eine Vorderkante enthält, die einem Außenumfang der Turbinendüse zugekehrt ist.
Turbinendüse nach Anspruch 1, wobei die feststehende Schaufel eine sich verjüngende Hinterkante enthält, die dem Innenumfang der Turbinendüse zugekehrt ist.
Turbinendüse nach Anspruch 1, wobei die Düsenschaufel eine Sehne enthält, die zwischen einer Vorderkante der Düsenschaufel und einer Hinterkante der Düsenschaufel verläuft, und eine Bewegungsstrecke der Gleitschaufel zwischen null und fünfzig Prozent der Gleitfläche der Gleitschaufel beträgt.
Turbinendüse nach Anspruch 5, wobei die Gleitfläche der feststehenden Schaufel mit der Sehne einen Winkel von 60 Grad bildet.
Turbinendüse nach Anspruch 1, wobei die Gleitfläche der Gleitschaufel und/oder die Gleitfläche der feststehenden Schaufel strukturiert sind.
Turbinendüse nach Anspruch 1, wobei die Gleitschaufel aus einem ersten Material besteht und die feststehende Schaufel aus einem zweiten Material besteht, wobei sich das erste Material von dem zweiten Material unterscheidet.
Turbinendüse nach Anspruch 8, wobei das erste Material oder das zweite Material aus Keramik besteht oder mit Keramik beschichtet ist.
Verfahren für einen Turbolader, der eine Turbine enthält, umfassend: Leiten von Gas von dem Auslasskanal durch eine Turbinendüse zu einem Turbinenrad; und Einstellen einer Form einer Düsenschaufel der Turbinendüse als Reaktion auf eine Motorbetriebsbedingung.
Turbinendüse nach Anspruch 10, wobei Einstellen der Form der Düsenschaufel Verlängern der Düsenschaufel umfasst.
Turbinendüse nach Anspruch 11, wobei Verlängern der Düsenschaufel Wegschieben einer Gleitschaufel der Düsenschaufel von einer Vorderkante der Düsenschaufel umfasst.
Turbinendüse nach Anspruch 11, weiterhin umfassend Erhöhen einer Drehzahl der Turbine durch Verlängern der Düsenschaufel.
Turbinendüse nach Anspruch 10, wobei Einstellen der Form der Düsenschaufel Verkürzen der Düsenschaufel umfasst.
Turbinendüse nach Anspruch 14, wobei Verkürzen der Düsenschaufel Schieben einer Gleitschaufel der Düsenschaufel zu einer Vorderkante der Düsenschaufel umfasst.
Turbinendüse nach Anspruch 14, die weiterhin Verringern einer Drehzahl der Turbine durch Verkürzen der Düsenschaufel umfasst.
Turbolader für einen Motor, der Folgendes umfasst: ein Turbinenrad mit einer Drehachse; eine ringförmige Düsenwandplatte, die konzentrisch zu dem Turbinenrad ist, wobei die Düsenwandplatte eine feststehende Schaufel und einen Schlitz enthält; eine Gleitschaufel, die einen Betätigungsstift enthält, der so konfiguriert ist, dass er sich durch den Schlitz der Düsenwandplatte erstreckt; ein Lager, das zur Aufnahme des Betätigungsstifts der Gleitschaufel konfiguriert ist; und einen Verstellring, der koaxial zur Düsenwandplatte ist, wobei der Verstellring einen Schlitz enthält, der zur Aufnahme des Lagers und zum Bewegen der Gleitschaufel in einer im Wesentlichen tangential zu einem Innenumfang der Düsenwandplatte verlaufenden Richtung konfiguriert ist, wobei die Gleitschaufel mit der feststehenden Schaufel in Gleitkontakt steht, wenn der Verstellring und/oder die Düsenwandplatte gedreht werden.
Turbolader nach Anspruch 17, wobei die feststehende Schaufel der Düsenwandplatte aus Keramik besteht oder mit Keramik beschichtet ist.
Turbolader nach Anspruch 17, wobei die Gleitschaufel eine planare Fläche enthält, die mit einer planaren Fläche der feststehenden Schaufel in Gleitkontakt steht.
Turbolader nach Anspruch 17, wobei die feststehende Schaufel eine Fläche mit einer ersten Struktur enthält, die mit einer Fläche der Gleitschaufel in Gleitkontakt steht, wobei die Fläche der Gleitschaufel eine zweite Struktur aufweist.