DE102013021567A1 - Turbine for supercharger of internal combustion engine mounted in motor vehicle, has coil segments that are formed to vary asymmetry degree by quotient of exhaust gas flow parameters by adjusting adjustment device in switching position - Google Patents

Turbine for supercharger of internal combustion engine mounted in motor vehicle, has coil segments that are formed to vary asymmetry degree by quotient of exhaust gas flow parameters by adjusting adjustment device in switching position Download PDF

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DE102013021567A1
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Siegfried Sumser
Thomas Streule
Patrick Nisius
Paul Löffler
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Abstract

The turbine (10) has turbine housing (12) having receiving space (14) for turbine wheel (16). The coil segments (20,22) are arranged in circumferential direction, partially and fluidly separated from each other and extended over circumference of turbine wheel, for guiding exhaust gas to receiving space. An adjustment device (24) is arranged in upstream of turbine wheel, to adjust flow rate of exhaust gas through coil segments. The coil segments are formed such that asymmetry degree is varied by quotient of flow parameters by adjusting adjustment device in switching position.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbine für einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a turbine for an exhaust gas turbocharger according to the preamble of patent claim 1.

Aus dem Serienbau von Personenkraftwagen ist es bekannt, Abgasturbolader mit jeweiligen Turbinen zu verwenden, um Verbrennungskraftmaschinen zum Antreiben der Personenkraftwagen aufzuladen. Mit anderen Worten sind die Verbrennungskraftmaschinen mit Aufladesystemen ausgestattet, welche wenigstens einen Abgasturbolader umfassen. Der Abgasturbolader dient dazu, im Abgas der zugehörigen Verbrennungskraftmaschine enthaltende Energie mittels einer Turbine zu nutzen, um der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft mittels eines Verdichters des Abgasturboladers zu verdichten.From the serial production of passenger cars, it is known to use exhaust gas turbochargers with respective turbines to charge internal combustion engines for driving the passenger cars. In other words, the internal combustion engines are equipped with charging systems, which comprise at least one exhaust gas turbocharger. The exhaust gas turbocharger serves to utilize energy contained in the exhaust gas of the associated internal combustion engine by means of a turbine in order to compress air to be supplied to the internal combustion engine by means of a compressor of the exhaust gas turbocharger.

Mittels eines solchen Aufladesystems können auch Verbrennungskraftmaschinen mit relativ geringen Hubvolumina, welche also nach dem sogenannten Downsizing-Prinzip ausgestaltet sind, sehr hohe spezifische Leistungen und Drehmomente bereitstellen. Das Streben nach der Realisierung von besonders geringen Emissionen, insbesondere hinsichtlich Stickoxid-Emissionen (NOx-Emissionen) und Rußemissionen in der aktuellen Entwicklung von Aufladesystemen beeinflusst diese sehr stark.By means of such a supercharging system, internal combustion engines with relatively low stroke volumes, which are thus designed according to the so-called downsizing principle, can also provide very high specific powers and torques. The pursuit of the realization of particularly low emissions, in particular with regard to nitrogen oxide (NO x ) emissions and soot emissions in the current development of supercharging systems, influences these very strongly.

Durch wachsende Anforderungen hinsichtlich einer Ladedruckbereitstellung aufgrund sehr hoher, zu realisierender Abgasrückführraten (AGR-Raten) insbesondere über dem mittleren Lastbereich bis hin zur Volllast der Verbrennungskraftmaschine werden die Turbinen in ihren von Abgas durchströmbaren Strömungsquerschnitten mehr und mehr verkleinert. Besonders hohe Turbinenleistungen werden also durch die Darstellung einer besonders hohen Aufstaufähigkeit bzw. durch die Reduzierung der Schluckfähigkeit der Turbinen im Zusammenspiel mit der betreffenden Verbrennungskraftmaschine realisiert.Due to growing requirements with regard to charging pressure provision due to very high exhaust gas recirculation rates (EGR rates), especially over the medium load range up to the full load of the internal combustion engine, the turbines are more and more reduced in their flow cross-sections through which exhaust gas can flow. Particularly high turbine outputs are thus realized by the representation of a particularly high Aufstaufähigkeit or by reducing the absorption capacity of the turbines in interaction with the relevant internal combustion engine.

Darüber hinaus ist es bekannt, Rußfilter zu verwenden, um aus dem Abgas der Verbrennungskraftmaschinen Rußpartikel zumindest teilweise auszufiltern. Durch solche Rußfilter, welche stromab der Turbinen in einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sind, wird ein jeweiliges Eintrittsdruckniveau der Turbinen infolge eines entsprechenden Gegendrucks der Rußfilter erhöht, was eine weitere geometrische Verkleinerung der Turbinen erforderlich machen kann, um Leistungsanforderungen der Verdichterseite für eine Luft-Abgas-Lieferung befriedigen zu können. Diese geometrischen Verkleinerungen gehen jedoch herkömmlicherweise mit nur geringen Wirkungsgraden der Turbinen einher.Moreover, it is known to use soot filters to at least partially filter out soot particles from the exhaust gas of the internal combustion engines. By means of such soot filters, which are arranged downstream of the turbines in an exhaust tract of the internal combustion engine, a respective inlet pressure level of the turbines due to a corresponding back pressure of the soot filters is increased, which may necessitate a further geometric reduction of the turbines to compressor side performance requirements for an air exhaust To be able to satisfy delivery. However, these geometric reductions are traditionally associated with only low efficiencies of the turbines.

Es hat sich gezeigt, dass die Darstellung besonders hoher Abgasrückführraten in Verbindung mit einer erforderlich, zu liefernden Verbrennungsluft für die Verbrennungskraftmaschine insbesondere in unteren bis mittleren Betriebs- bzw. Lastbereichen problematisch ist. Bei üblichen Auslegungsrandbedingungen, die auch vom Nennpunkt der Verbrennungskraftmaschine her von der Ladungswechselseite bzw. Verbrauchsseite definiert werden, kann also beispielsweise bei einer asymmetrischen, zweiflutigen Festgeometrie-Turbine der untere Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine hinsichtlich der Luftlieferung nur unzureichend bedient werden.It has been shown that the representation of particularly high exhaust gas recirculation rates in conjunction with a required combustion air for the internal combustion engine is problematic, especially in low to medium operating and load ranges. In the case of the usual design boundary conditions, which are also defined by the nominal point of the internal combustion engine from the charge change side or consumption side, the lower rotational speed range of the internal combustion engine can therefore only be insufficiently operated with regard to the air supply, for example in the case of an asymmetrical, double-flow, solid geometry turbine.

Die DE 199 18 232 A1 offenbart einen mehrzylindrigen Verbrennungsmotor mit einem Abgasturbolader und mit mindestens zwei unterschiedlichen Zylindern bzw. Zylindergruppen zugeordneten separaten Abgasleitungen zur Turbine des Abgasturboladers, welche entsprechend der Stellung eines Stellglieds vor dem Eintritt in die Turbine fluidisch verbindbar oder trennbar sind. Das Stellglied ist als Wandabschnitte der Abgasleitungen tragender Schieber ausgebildet, wobei die bewegbaren Wandabschnitte in Schließstellung des Schiebers zum Trennen der Abgasleitungen über Deckung mit festliegenden Wandabschnitten bringbar sind.The DE 199 18 232 A1 discloses a multi-cylinder internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger and with at least two different cylinders or cylinder groups associated separate exhaust pipes to the turbine of the exhaust gas turbocharger, which are fluidly connectable or separable according to the position of an actuator before entering the turbine. The actuator is designed as a wall sections of the exhaust pipes carrying slide, wherein the movable wall sections in the closed position of the slide for separating the exhaust pipes over coverage with fixed wall sections can be brought.

Der DE 10 2008 039 085 A1 ist eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem Abgasturbolader als bekannt zu entnehmen. Der Abgasturbolader umfasst eine Turbine, mit einem Turbinengehäuse, welches einen Aufnahmeraum für ein um eine Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse drehbares Turbinenrad aufweist. Ferner weist das Turbinengehäuse wenigstens zwei sich in Umfangsrichtung des Turbinenrads über dessen Umfang erstreckende, zumindest bereichsweise fluidisch voneinander getrennte und in Umfangsrichtung hintereinander angeordnete Spiralensegmente zum Führen des Abgases zu dem Aufnahmeraum aufweist. Die Turbine umfasst ferner eine in einem Verstellbereich verstellbare Verstelleinrichtung in Form eines sogenannten Zungenschiebers. Mittels der Verstelleinrichtung sind jeweilige, stromauf des Turbinenrads angeordnete und den jeweiligen Spiralensegmenten zugeordnete Strömungsquerschnitte, das heißt jeweilige Strömungsquerschnitt der Spiralensegmente, über welche beispielsweise das die Spiralensegmente durchströmende Abgas in den Aufnahmeraum einführbar ist, einstellbar. Dies bedeutet, dass einem ersten der Spiralensegmente ein erster der Strömungsquerschnitte und dem zweiten Spiralensegment der zweite Strömungsquerschnitt zugeordnet ist. Das das erste Spiralensegment durchströmende Abgas kann über den ersten Strömungsquerschnitt aus dem ersten Spiralensegment aus- und in den Aufnahmeraum einströmen. Das das zweite Spiralensegment durchströmende Abgas kann über den zweiten Strömungsquerschnitt aus dem zweiten Spiralensegment aus- und in den Aufnahmeraum einströmen. Die Spiralensegmente weisen jeweils einen Durchsatz des Abgases durch das jeweilige Spiralensegment charakterisierenden Durchsatzparameter auf.Of the DE 10 2008 039 085 A1 is an internal combustion engine for a motor vehicle with an exhaust gas turbocharger to take as known. The exhaust gas turbocharger comprises a turbine, with a turbine housing, which has a receiving space for a turbine wheel which can be rotated about an axis of rotation relative to the turbine housing. Furthermore, the turbine housing has at least two spiral segments extending in the circumferential direction of the turbine wheel over its circumference, at least partially fluidly separated from each other and arranged one behind the other in the circumferential direction, for guiding the exhaust gas to the receiving space. The turbine further comprises an adjustment device adjustable in an adjustment range in the form of a so-called tongue slider. By means of the adjusting device, respective flow cross-sections arranged upstream of the turbine wheel and associated with the respective spiral segments, ie respective flow cross-section of the spiral segments, via which, for example, the exhaust gas flowing through the spiral segments can be introduced into the receiving space, can be set. This means that a first of the spiral segments, a first of the flow cross sections and the second spiral segment of the second Flow cross section is assigned. The exhaust gas flowing through the first spiral segment can flow out of the first spiral segment via the first flow cross section and into the receiving space. The exhaust gas flowing through the second spiral segment can flow out of the second spiral segment via the second flow cross section and into the receiving space. The spiral segments each have a flow rate of the exhaust gas through the respective spiral segment characterizing throughput parameters.

Aus der US 2010/0196145 A1 ist ein Turbolader mit einer Turbine bekannt, welche ein Turbinengehäuse mit einem Aufnahmeraum für ein Turbinenrad aufweist. Stromauf des Aufnahmeraums sind Verstellelemente vorgesehen, welche relativ zum Turbinengehäuse bewegbar sind und mittels welchen wenigstens ein von Abgas durchströmbarer Strömungsquerschnitt der Turbine einstellbar ist.From the US 2010/0196145 A1 a turbocharger with a turbine is known, which has a turbine housing with a receiving space for a turbine wheel. Upstream of the receiving space adjusting elements are provided, which are movable relative to the turbine housing and by means of which at least one of the exhaust gas flow-through flow cross-section of the turbine is adjustable.

Schließlich offenbart die US 2011/0243721 A1 eine Turbine für einen Abgasturbolader, mit einem Turbinengehäuse, welches einen Aufnahmeraum für ein Turbinenrad aufweist, wobei auch hier stromauf des Aufnahmeraums relativ zum Turbinengehäuse bewegbare Verstellelemente vorgesehen sind, mittels welchen wenigstens ein von Abgas durchströmbarer Strömungsquerschnitt der Turbine variabel einstellbar ist.Finally, the reveals US 2011/0243721 A1 a turbine for an exhaust gas turbocharger, with a turbine housing, which has a receiving space for a turbine wheel, wherein also upstream of the receiving space relative to the turbine housing movable adjusting elements are provided, by means of which at least one of exhaust gas flow-through flow cross-section of the turbine is variably adjustable.

Um das Verhältnis der Abgasrückführraten zu den notwendigen Luft-Kraftstoff-Verhältniszahlen in einem besonders großen Betriebsbereich vorteilhaft einstellen zu können, ist ein zweiflutiger Turbinentyp vorteilhaft, der hinsichtlich der Stoßaufladungsfähigkeit insbesondere bei einer Zylinderzusammenfassungsgruppe besonders stark ausgeprägt ist. Turbinen, die insbesondere für die Stoßaufladung ausgelegt werden, haben sehr große Strömungsquerschnitte für die Verwendung der größeren nutzbaren Exergieschwankungen bzw. Druckpulsationen des Abgases der Verbrennungskraftmaschine.In order to be able to advantageously set the ratio of the exhaust gas recirculation rates to the necessary air-fuel ratio numbers in a particularly large operating range, a double-flow turbine type is advantageous, which is particularly pronounced with regard to the impact charging capability, in particular in the case of a cylinder summary group. Turbines, which are designed especially for the supercharging, have very large flow cross sections for the use of the larger usable Exergieschwankungen or pressure pulsations of the exhaust gas of the internal combustion engine.

Diese hohen Druckpulsationen der Verbrennungskraftmaschine existieren und ergeben sich an der Turbine dann, wenn man die sich üblicherweise einstellenden Drossel- und Reibungsverluste an Auslassventilen der Verbrennungskraftmaschine in einem Krümmerbereich stromauf der Turbine durch eine entsprechende Geometriegestaltung bis in die Turbine gering hält. Diese Reduzierung der Drossel- und Reibungsverluste stromauf der Turbine fördert die Erreichung der Zielsetzung, eine besonders ausgeprägte Stoßaufladung zu realisieren, wodurch eine Steigerung des mittleren Gesamtwirkungsgrads der Abgasexergienutzung trotz großer zeitlicher Schwankung des Turbinenwirkungsgrads erreicht wird. Eine sogenannte Mehrsegment-Turbine, mit den eingangs genannten, in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Spiralensegmenten, stellt dabei eine sehr gute Ausgangsbasis dar, um einen besonders hohen Wirkungsgrad der Turbine zu realisieren.These high pressure pulsations of the internal combustion engine exist and arise on the turbine when the usually adjusting throttling and friction losses of exhaust valves of the internal combustion engine in a manifold region upstream of the turbine by a corresponding geometry design to the turbine keeps low. This reduction in throttle and friction losses upstream of the turbine promotes the achievement of the objective of realizing a particularly pronounced surge charge, thereby achieving an increase in the average overall efficiency of exhaust gas utilization despite large turbine variation over time. A so-called multi-segment turbine, with the aforementioned, in the circumferential direction successively arranged spiral segments, thereby represents a very good starting point to realize a particularly high efficiency of the turbine.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbine für einen Abgasturbolader der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter Betrieb der Turbine realisierbar istIt is therefore an object of the present invention to develop a turbine for an exhaust gas turbocharger of the type mentioned in such a way that a particularly efficient operation of the turbine can be realized

Diese Aufgabe wird durch eine Turbine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a turbine having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um eine Turbine für einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter Betrieb der Turbine realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Spiralensegmente derart ausgebildet sind, dass ein Asymmetriegrad, welcher durch einen Quotienten aus den Durchsatzparametern gebildet ist, beim Verstellen der Verstelleinrichtung zumindest in einem Teil des Verstellbereichs variiert.In order to further develop a turbine for an exhaust gas turbocharger of the kind specified in the preamble of claim 1 such that a particularly efficient operation of the turbine can be realized, it is provided according to the invention that the spiral segments are designed such that an asymmetry degree which is determined by a quotient of the flow rate parameters is formed, varies during adjustment of the adjustment at least in a part of the adjustment.

Bei dem Quotienten, das heißt bei dem Asymmetriegrad, ist also ein erster der Durchsatzparameter im Zähler und der zweite Durchsatzparameter im Nenner angeordnet. Der erste Durchsatzparameter charakterisiert den Abgasdurchsatz durch ein erstes der Spiralensegmente, wobei der zweite Durchsatzparameter den Abgasdurchsatz durch das zweite Spiralensegment charakterisiert. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Quotient, das heißt der Asymmetriegrad variiert, das heißt sich verändert, wenn die Verstelleinrichtung verstellt, das heißt aus einer ersten Stellung des Verstellbereichs in eine zweite Stellung des Verstellbereichs bewegt wird. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die erste Stellung eine Offenstellung ist, in welcher der jeweilige Strömungsquerschnitt maximal freigegeben ist. Dies bedeutet, dass die Offenstellung eine erste Endstellung oder Endlage der Verstelleinrichtung ist und dass die Strömungsquerschnitte in keiner anderen, zum Verstellbereich gehörenden Stellung der Verstelleinrichtung stärker beziehungsweise weiter freigegeben sind, das heißt einen größeren Wert aufweisen als in der Offenstellung.In the quotient, that is to say in the degree of asymmetry, a first of the throughput parameters in the numerator and the second throughput parameter in the denominator are therefore arranged. The first flow rate parameter characterizes the exhaust gas flow rate through a first one of the spiral segments, wherein the second flow rate parameter characterizes the exhaust gas flow rate through the second spiral segment. According to the invention, it is provided that the quotient, that is to say the degree of asymmetry, varies, that is, changes when the adjusting device is adjusted, that is, moved from a first position of the adjustment range to a second position of the adjustment range. Preferably, it is provided that the first position is an open position in which the respective flow cross-section is maximally released. This means that the open position is a first end position or end position of the adjusting device and that the flow cross-sections in any other belonging to the adjustment range position of the adjustment are more or more released, that is, have a greater value than in the open position.

Analog dazu ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Stellung eine Schließstellung ist, in welcher der jeweilige Strömungsquerschnitt maximal verkleinert beziehungsweise verengt ist. Dies bedeutet, dass die Schließstellung eine zweite Endstellung oder eine Endlage der Verstelleinrichtung ist und dass die Strömungsquerschnitte in keiner anderen, zum Verstellbereich gehörenden Stellung der Verstelleinrichtung stärker verkleinert sind, das heißt einen geringeren Wert aufweisen als in der Schließstellung. Der Verstellbereich ist dabei von den Endstellungen begrenzt. Dies bedeutet, dass die Verstelleinrichtung nicht weiter als in die jeweiligen Endstellungen bewegt werden kann. Analogously, it is preferably provided that the second position is a closed position in which the respective flow cross-section is maximally reduced or narrowed. This means that the closed position is a second end position or an end position of the adjusting device and that the flow cross sections in any other, belonging to the adjustment range position of the adjustment are smaller, that is a lower value than in the closed position. The adjustment range is limited by the end positions. This means that the adjusting device can not be moved further than in the respective end positions.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Asymmetriegrad in einem Bereich von einschließlich 0,3 bis einschließlich 1,2, insbesondere in einem Bereich von einschließlich 0,3 bis einschließlich 0,8, variiert.Preferably, it is contemplated that the degree of asymmetry varies in a range of from 0.3 to 1.2 inclusive, and more particularly in a range from 0.3 to 0.8 inclusive.

Mittels der erfindungsgemäßen Turbine ist ein Verdichter der Abgasturboladers besonders vorteilhaft antreibbar, so dass sich eine besonders vorteilhafte Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit verdichteter Luft unter den Randbedingungen niedriger Emissionen und Kraftstoffverbräuche bei gleichzeitiger Berücksichtigung von Agilitätsanforderungen an die Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt.By means of the turbine according to the invention, a compressor of the exhaust gas turbocharger can be driven particularly advantageously, so that a particularly advantageous supply of compressed air to the internal combustion engine can be realized under the boundary conditions of low emissions and fuel consumption while taking into account agility requirements for the internal combustion engine.

Die Turbine ist dabei als Zweisegment-Turbine, vorzugsweise als Zweisegment-Zungenschieber-Turbine ausgebildet, wobei die Verstelleinrichtung vorzugsweise als Zungenschieber ausgebildet ist. Durch eine entsprechende geometrische Gestaltung der Spiralensegmente verhält sich der Asymmetriegrad, welcher auch als Asymmetriefaktor bezeichnet wird, innerhalb vorgebbarer Grenzen überwiegend variabel bei einer Verstellung des Zungenschiebers, insbesondere von der Offenstellung in die Schließstellung. Durch die geometrische Gestaltung, insbesondere die Größe, können die Durchsatzspreizung und die Spreizung des Asymmetriegrads ausgestaltet werden.The turbine is designed as a two-segment turbine, preferably as a two-segment tongue slide turbine, wherein the adjusting device is preferably designed as a tongue slide. By a corresponding geometric design of the spiral segments behaves asymmetry, which is also referred to as asymmetry factor, within predeterminable limits predominantly variable in an adjustment of the tongue slider, in particular from the open position to the closed position. Due to the geometric design, in particular the size, the throughput spread and the spread of the Asymmetriegrads can be configured.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:

1 eine schematische Querschnittsansicht einer Turbine eines Abgasturboladers für eine Verbrennungskraftmaschine, mit zwei Spiralensegmenten; 1 a schematic cross-sectional view of a turbine of an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, with two spiral segments;

2 ein Diagramm zur Veranschaulichung von relativen Flächenverläufen und somit von Spiralenverläufen unterschiedlicher Ausführungsformen der Spiralensegmente; 2 a diagram illustrating relative Flächenverläufen and thus spiral curves of different embodiments of the spiral segments;

3 eine schematische Darstellung der Verbrennungskraftmaschine mit der Turbine; 3 a schematic representation of the internal combustion engine with the turbine;

4 ein Diagramm, in welches jeweilige Querschnittsverläufe der Spiralensegmente über dem Verlauf der Spiralensegmente eingetragen sind; 4 a diagram in which respective cross-sectional profiles of the spiral segments are entered over the course of the spiral segments;

5 ein Diagramm, in welches zwei Verläufe eines Asymmetriegrades der Turbine und zwei zugehörige Verläufe eines Gesamtdurchsatzparameters der Turbine für unterschiedliche Ausführungsformen der Turbine eingetragen sind; und 5 a diagram in which two curves of a degree of asymmetry of the turbine and two associated curves of a total flow rate parameter of the turbine are entered for different embodiments of the turbine; and

6 ein Diagramm, in welches zwei Verläufe des Gesamtdurchsatzparameters der Turbine, zwei Verläufe eines Durchsatzparameter einer ersten der Spiralensegmente und zweite Verläufe des zweiten Spiralensegments des Turbine für unterschiedliche Ausführungsformen der Turbine eingetragen sind. 6 a diagram in which two profiles of the total flow rate parameter of the turbine, two profiles of a flow rate parameter of a first of the spiral segments and second curves of the second spiral segment of the turbine are entered for different embodiments of the turbine.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt eine Turbine 10 für einen aus 3 erkennbaren und mit 46 bezeichneten Abgasturbolader einer als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine 48 eines Kraftwagens. Der Abgasturbolader 46 umfasst auch einen Verdichter 73, mittels welchem der Verbrennungskraftmaschine 48 zuzuführende Luft zu verdichten ist. Dabei ist der Verdichter 73 von der Turbine 10 antreibbar. 1 shows a turbine 10 for one out 3 recognizable and with 46 designated exhaust gas turbocharger designed as a reciprocating internal combustion engine internal combustion engine 48 a motor vehicle. The turbocharger 46 also includes a compressor 73 , by means of which the internal combustion engine 48 is to compress supplied air. Here is the compressor 73 from the turbine 10 drivable.

Die Turbine 10 umfasst ein Turbinengehäuse 12, welches einen Aufnahmeraum 14 für ein Turbinenrad 16 der Turbine 10 aufweist. Das Turbinenrad 16 ist dabei im Aufnahmeraum 14 zumindest bereichsweise aufgenommen und um eine Drehachse 18 relativ zum Turbinengehäuse 12 drehbar. The turbine 10 includes a turbine housing 12 which is a recording room 14 for a turbine wheel 16 the turbine 10 having. The turbine wheel 16 is in the recording room 14 at least partially recorded and about a rotation axis 18 relative to the turbine housing 12 rotatable.

Mittels des Turbinengehäuses 12 wird Abgas von der Verbrennungskraftmaschine zum Turbinenrad 16 geführt, welches von dem Abgas angeströmt und dadurch angetrieben wird. Das Turbinenrad 16 ist dabei mit einer Welle 76 des Abgasturboladers 46 drehfest verbunden. Mit dieser Welle 76 ist auch ein Verdichterrad 74 des Verdichters 73 verbunden. Das Verdichterrad 74 ist dabei in einem Verdichtergehäuse des Verdichters 73 um die Drehachse 18 relativ zu dem Verdichtergehäuse drehbar aufgenommen und kann infolge der drehfesten Verbindung mit der Welle 76 von dem Turbinenrad 16 angetrieben werden. Mittels des Verdichterrads 74 wird die der Verbrennungskraftmaschine 48 zuzuführende Luft verdichtet. Somit kann mittels des Abgasturboladers 46 im Abgas der Verbrennungskraftmaschine 48 enthaltene Energie genutzt werden kann, um die Luft zu verdichten.By means of the turbine housing 12 Exhaust gas from the internal combustion engine to the turbine wheel 16 guided, which is flowed by the exhaust and thereby driven. The turbine wheel 16 is with a wave 76 the exhaust gas turbocharger 46 rotatably connected. With this wave 76 is also a compressor wheel 74 of the compressor 73 connected. The compressor wheel 74 is in a compressor housing of the compressor 73 around the axis of rotation 18 rotatably received relative to the compressor housing and can due to the rotationally fixed connection with the shaft 76 from the turbine wheel 16 are driven. By means of the compressor wheel 74 becomes that of the internal combustion engine 48 compressed air to be supplied. Thus, by means of the exhaust gas turbocharger 46 in the exhaust of the internal combustion engine 48 contained energy can be used to compress the air.

Die Turbine 10 ist vorliegend als sogenannte Mehrsegment-Turbine ausgebildet. Dabei weist das Turbinengehäuse 12 ein erstes Spiralensegment 20 sowie ein zweites Spiralensegment 22 auf. Das erste Spiralensegment 20 erstreckt sich in Umfangsrichtung des Turbinenrads 16 über dessen Umfang bezüglich eines Polarkoordinatensystems mit Ursprung O auf der Drehachse 18 über einen Umschlingungswinkel φAges. Der Umschlingungswinkel φAges des erstes Spiralensegments 20 ergibt sich dabei aus ΦAE – ΦA0. Dabei ist ΦA0 ein Anfangswinkel, bei welchem ein Spiraleneintrittsquerschnitt AsA0 des ersten Spiralensegments 20 angeordnet ist. Ferner ist φAE ein Endwinkel, bei welchem ein Ende des ersten Spiralensegments 20 angeordnet ist. Dabei beträgt der Umschlingungswinkel φAges des ersten Spiralensegments 20 vorliegend zumindest im Wesentlichen 216°. Mit anderen Worten erstreckt sich das erste Spiralensegment 20 ausgehend von einem Winkel φ = φA0 = 0° bis zu einem Winkel φ = φAE = 216°. Der Umschlingungswinkel φAges beträgt somit 216°.The turbine 10 is presently designed as a so-called multi-segment turbine. In this case, the turbine housing 12 a first spiral segment 20 and a second spiral segment 22 on. The first spiral segment 20 extends in the circumferential direction of the turbine wheel 16 about its circumference with respect to a polar coordinate system originating O on the axis of rotation 18 over a wrap angle φ Ages . The wrap angle φ Ages of the first spiral segment 20 results from Φ AE - Φ A0 . In this case, Φ A0 is an initial angle at which a spiral inlet cross-section A sA0 of the first spiral segment 20 is arranged. Further, φ AE is an end angle at which one end of the first spiral segment 20 is arranged. In this case, the wrap angle φ Ages of the first spiral segment 20 in the present case at least substantially 216 °. In other words, the first spiral segment extends 20 starting from an angle φ = φ A0 = 0 ° up to an angle φ = φ AE = 216 °. The wrap angle φ Ages is thus 216 °.

Entsprechend erstreckt sich das zweite Spiralensegment 22 in Umfangsrichtung des Turbinenrads 16 über dessen Umfang bezüglich des Polarkoordinatensystems über einen Umschlingungswinkel φBges, welcher sich aus φBE – φB0 ergibt. Dabei ist φB0 ein Anfangswinkel, bei welchem ein Spiraleneintrittsquerschnitt AsB0 des zweiten Spiralensegments 22 angeordnet ist. Ferner ist φBE ein Endwinkel, bei welchem ein Ende des zweiten Spiralensegments 22 angeordnet ist. Mit anderen Worten erstreckt sich das zweite Spiralensegment 22 ausgehend von einem Winkel φ = φB0 = 216° bis zu einem Winkel φ = φBE = 360°. Der Umschlingungswinkel φBges beträgt somit 144°.Accordingly, the second spiral segment extends 22 in the circumferential direction of the turbine wheel 16 over its circumference with respect to the polar coordinate system over a wrap angle φ Bges , which results from φ BE - φ B0 . In this case, φ B0 is an initial angle at which a spiral inlet cross-section A sB0 of the second spiral segment 22 is arranged. Further, φ BE is an end angle at which one end of the second spiral segment 22 is arranged. In other words, the second spiral segment extends 22 starting from an angle φ = φ B0 = 216 ° up to an angle φ = φ BE = 360 °. The wrap angle φ Bges is thus 144 °.

Die Spiralensegmente 20, 22 sind dabei zumindest bereichsweise fluidisch voneinander getrennt sowie in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet, d. h. hintereinander geschaltet.The spiral segments 20 . 22 are at least partially fluidly separated from each other and arranged in the circumferential direction one behind the other, that is connected in series.

Bezogen auf das erste Spiralensegment 20 gilt für zumindest einen Winkel φ aus einem Bereich von einschließlich φA0 bis einschließlich φAE:

Figure DE102013021567A1_0002
wobei AsA ein Strömungsquerschnitt des ersten Spiralensegments 20 bei dem jeweiligen Winkel φ ist, und wobei exA ein Exponent ist, dessen Wert mindestens 2 beträgt. Vorzugsweise beträgt der Wert des Exponenten exA mindestens 4. Mit anderen Worten kann der Winkel φ Werte aus dem Bereich von einschließlich φA0 bis einschließlich φAE annehmen.Relative to the first spiral segment 20 is valid for at least one angle φ from a range of φ A0 inclusive including φ AE :
Figure DE102013021567A1_0002
where A sA is a flow cross-section of the first spiral segment 20 at the respective angle φ, and where exA is an exponent whose value is at least 2. Preferably, the value of the exponent exA is at least 4. In other words, the angle φ may take values from the range of including φ A0 to φ AE inclusive.

Bezogen auf das zweite Spiralensegment 22 gilt für zumindest einen Winkel φ aus einem Bereich von einschließlich φB0 bis einschließlich φBE:

Figure DE102013021567A1_0003
wobei AsB ein Strömungsquerschnitt des zweiten Spiralensegments 22 bei dem jeweiligen Winkel φ ist, und wobei exB ein Exponent ist, dessen Wert mindestens 2 beträgt. Vorzugsweise beträgt der Wert des Exponenten exA mindestens 4. Mit anderen Worten kann der Winkel φ Werte aus dem Bereich von einschließlich φB0 bis einschließlich φBE annehmen.Relative to the second spiral segment 22 applies to at least one angle φ from a range of including φ B0 up to and including φ BE :
Figure DE102013021567A1_0003
where A sB is a flow cross-section of the second spiral segment 22 at the respective angle φ, and where exB is an exponent whose value is at least 2. Preferably, the value of the exponent exA is at least 4. In other words, the angle φ may take values from the range of including φ B0 through φ BE .

Vorzugsweise beträgt der jeweilige Wert der Exponenten exA, exB mindestens 4, insbesondere mindestens 8. Durch diese Ausgestaltung der Spiralensegmente 20, 22 weisen diese einen jeweiligen relativen Flächenverlauf

Figure DE102013021567A1_0004
und somit einen jeweiligen, entsprechenden Spiralenverlauf auf, mittels welchem das Abgas besonders strömungsgünstig zum Turbinenrad 16 geführt werden kann. Ferner ist mittels der Turbine 10 eine besonders vorteilhafte Stoßaufladung durchführbar. Preferably, the respective value of the exponents exA, exB is at least 4, in particular at least 8. By this configuration of the spiral segments 20 . 22 these have a respective relative surface course
Figure DE102013021567A1_0004
and thus a respective, corresponding spiral course, by means of which the exhaust particularly favorable flow to the turbine wheel 16 can be performed. Further, by means of the turbine 10 a particularly advantageous bump charging feasible.

Die Turbine 10 weist auch eine Verstelleinrichtung 24 in Form eines sogenannten Zungenschiebers auf, welcher zwei Verstellelemente in Form von Zungen 26, 28 aufweist. Die Zunge 26 ist dabei dem ersten Spiralensegment 20 zugeordnet, während die zweite Zunge 28 dem zweiten Spiralensegment 22 zugeordnet ist. Die Zungen 26, 28 sind mit einem gemeinsamen Ring 30 des Zungenschiebers verbunden, wobei der Ring 30 um die Drehachse 18 relativ zum Turbinengehäuse 12 drehbar ist. Aufgrund der Verbindung der Zungen 26, 28 mit dem Ring 30 werden die Zungen 26, 28 beim Drehen des Rings 30 um die Drehachse 18 relativ zum Turbinengehäuse 12 um die Drehachse 18 verschoben, wodurch jeweilige, stromauf des Turbinenrads 16 angeordnete und von Abgas durchströmbare Strömungsquerschnitte der Spiralensegmente 20, 22 variabel eingestellt werden können.The turbine 10 also has an adjustment 24 in the form of a so-called tongue slider, which two adjusting elements in the form of tongues 26 . 28 having. The tongue 26 is the first spiral segment 20 assigned while the second tongue 28 the second spiral segment 22 assigned. The tongues 26 . 28 are with a common ring 30 the tongue slider connected, the ring 30 around the axis of rotation 18 relative to the turbine housing 12 is rotatable. Because of the connection of the tongues 26 . 28 with the ring 30 become the tongues 26 . 28 when turning the ring 30 around the axis of rotation 18 relative to the turbine housing 12 around the axis of rotation 18 shifted, whereby respective, upstream of the turbine wheel 16 arranged and exhaust gas flow-through flow cross sections of the spiral segments 20 . 22 can be set variably.

Über die Strömungsquerschnitte ist beispielsweise das die Spiralensegmente 20, 22 durchströmende Abgas in den Aufnahmeraum 14 einführbar ist. Vorliegend werden jeweilige Spiraleneintrittsquerschnitte der Spiralensegmente 20, 22 durch Verschieben der Zungen 26, 28 eingestellt, wobei sich die Spiraleneintrittsquerschnitte AsA0 und AsB0 auf die maximalen bzw. maximal einstellbaren Spiraleneintrittsquerschnitte beziehen. Diese maximalen Spiraleneintrittsquerschnitte AsA0 und AsB0 werden somit in einer Freigabestellung des Zungenschiebers eingestellt und werden vorliegend durch stationäre, d. h. relativ zum Turbinengehäuse 12 feste Gehäusewandungen des Turbinengehäuses 12 begrenzt.About the flow cross sections, for example, that is the spiral segments 20 . 22 flowing exhaust gas into the receiving space 14 is insertable. In the present case, respective spiral inlet cross-sections of the spiral segments 20 . 22 by moving the tongues 26 . 28 set, wherein the spiral inlet cross sections A sA0 and A sB0 refer to the maximum or maximum adjustable spiral inlet cross-sections . These maximum spiral inlet cross-sections A sA0 and A sB0 are thus set in a release position of the tongue slide and are present by stationary, ie relative to the turbine housing 12 solid housing walls of the turbine housing 12 limited.

Durch den Zungenschieber ist eine sogenannte Variabilität der Turbine 10 geschaffen, wodurch eine Variabilität der Schluckfähigkeit sowie der Drallerzeugung vor dem Turbinenrad 16 realisiert ist. Diese Variabilität der Turbinenschluckfähigkeit und Drallerzeugung vor dem Turbinenrad 16 wird maßgebend durch die vorliegend simultan einstellbaren Spiraleneintrittsquerschnitte der Spiralensegmente 20, 22 an jeweiligen Zungenspitzen 32, 34 der Zungen 26, 28 bestimmt.The tongue slider is a so-called variability of the turbine 10 created, whereby a variability of the swallowing ability and the swirl generation in front of the turbine wheel 16 is realized. This variability of Turbinenschluckfähigkeit and swirl generation in front of the turbine wheel 16 is governed by the present case simultaneously adjustable spiral inlet cross sections of the spiral segments 20 . 22 at respective tongue tips 32 . 34 the tongues 26 . 28 certainly.

Der Ring 30 ist mit einem regelbaren oder steuerbaren Stellglied gekoppelt, mittels welchem der Ring 30 um die Drehachse 18 gedreht werden kann. Durch die Verstellung der Zungen 26, 28 wird also eine Spreizung im Spiraleneintrittsquerschnitt über den festgelegten Spiralenverlauf von einem oberen zu einem unteren Wert durch Flächenabgriff der Zungenspitzen 32, 34 bewerkstelligt.The ring 30 is coupled to a controllable or controllable actuator, by means of which the ring 30 around the axis of rotation 18 can be turned. By adjusting the tongues 26 . 28 So is a spread in the spiral inlet cross section over the specified spiral course of an upper to a lower value by Flächenabgriff the tongue tips 32 . 34 accomplished.

Der Zungenschieber beziehungsweise die Verstelleinrichtung 24, das heißt die Zungen 26, 28 sind in einem Verstellbereich verstellbar, wobei die jeweiligen Stellungen oder Positionen der Zungen 26, 28 mit ε bezeichnet beziehungsweise ausgedrückt wird. Der Verstellbereich reicht von φ = ε = 0° bis φ = ε = εmax = εg.The tongue slider or the adjustment 24 that is the tongues 26 . 28 are adjustable in an adjustment range, with the respective positions or positions of the tongues 26 . 28 is denoted or expressed by ε. The adjustment range extends from φ = ε = 0 ° to φ = ε = ε max = ε g .

Bei ε = 0° handelt es um die Freigabestellung, welche eine ersten Endstellung in Form einer Offenstellung ist, in welcher der jeweilige Strömungsquerschnitt maximal freigegeben ist. Dies bedeutet, dass die Offenstellung eine erste Endstellung oder Endlage der Verstelleinrichtung 24 ist und dass die Strömungsquerschnitte in keiner anderen, zum Verstellbereich gehörenden Stellung der Verstelleinrichtung 24 stärker beziehungsweise weiter freigegeben sind, das heißt einen größeren Wert aufweisen als in der Offenstellung.When ε = 0 ° is the release position, which is a first end position in the form of an open position in which the respective flow cross-section is maximally released. This means that the open position is a first end position or end position of the adjusting device 24 is and that the flow cross sections in any other, belonging to the adjustment position of the adjustment 24 are released stronger or further, that is, have a greater value than in the open position.

Bei εmax = εg handelt es um eine zweite Endstellung in Form einer Schließstellung, in welcher der jeweilige Strömungsquerschnitt maximal verkleinert beziehungsweise verengt ist. Dies bedeutet, dass die Schließstellung eine zweite Endstellung oder eine Endlage der Verstelleinrichtung 24 ist und dass die Strömungsquerschnitte in keiner anderen, zum Verstellbereich gehörenden Stellung der Verstelleinrichtung 24 stärker verkleinert sind, das heißt einen geringeren Wert aufweisen als in der Schließstellung. Der Verstellbereich ist dabei von den Endstellungen begrenzt. Dies bedeutet, dass die Verstelleinrichtung 24 nicht weiter als in die jeweiligen Endstellungen bewegt werden kann.At ε max = ε g is a second end position in the form of a closed position in which the respective flow cross-section is minimized or narrowed maximum. This means that the closed position has a second end position or an end position of the adjusting device 24 is and that the flow cross sections in any other, belonging to the adjustment position of the adjustment 24 are more reduced, that is, have a lower value than in the closed position. The adjustment range is limited by the end positions. This means that the adjusting device 24 no further than can be moved to the respective end positions.

Je nach Position des Zungenschiebers (Verstelleinrichtung 24) ergibt sich eine Verlängerung oder Verkürzung der Spiralensegmente 20, 22, die zu den mit der Bewegung der Zungen 26, 28 veränderbaren Spiraleneintrittsquerschnitten der Turbine 10 führen. Depending on the position of the tongue slider (adjusting device 24 ) results in an extension or shortening of the spiral segments 20 . 22 that are with the movement of the tongues 26 . 28 variable spiral inlet sections of the turbine 10 to lead.

Die als Zungenschieber-Turbine ausgebildete Turbine 10 weist ein besonders hohes Potential an relativ einfach zu modifizierenden Parametern auf, um das thermodynamische Verhalten der Turbine 10 gezielt und überschaubar zu beeinflussen. Mit dieser Eigenschaft ist die Zungenschieber-Turbine sehr geeignet für die Erstellung von Modulen bzw. Baukästen, mit denen auf einfache Weise kostengünstige Baureihen erzeugt werden können. Neben gängigen Modifikationen von vorhandenen Laufrädern hinsichtlich TRIM (Verhältnis von Eintrittsdurchmesser zur Austrittsdurchmesser des Turbinenrads) und hinsichtlich des Eintrittsdurchmessers bieten Zungenschieber-Variationen z. B. über deren Längen in Kombination mit der entsprechenden Gestaltung der Spiralensegmente 20, 22 ein weites Feld, thermodynamische Anforderungen vorteilhaft zu befriedigen und eine optimale Adaption der Turbine 10 an die zugehörige Turbine zu erzielen.The trained as a tongue slider turbine turbine 10 has a particularly high potential of relatively easy-to-modify parameters to the thermodynamic behavior of the turbine 10 targeted and manageable influence. With this feature, the tongue slide turbine is very suitable for the creation of modules or kits, which can be produced in a simple manner cost-effective series. In addition to common modifications of existing impellers in terms of TRIM (ratio of inlet diameter to the outlet diameter of the turbine wheel) and in terms of the inlet diameter provide tongue slide variations z. B. over their lengths in combination with the corresponding design of the spiral segments 20 . 22 a wide field to satisfy thermodynamic requirements advantageous and optimum adaptation of the turbine 10 to achieve the associated turbine.

2 zeigt ein Diagramm 36, auf dessen Abszisse 38 der Winkel φ aufgetragen ist. Auf der Ordinate 40 ist das jeweilige, oben genannte Flächenverhältnis

Figure DE102013021567A1_0005
aufgetragen. 2 shows a diagram 36 , on the abscissa 38 the angle φ is plotted. On the ordinate 40 is the respective above-mentioned area ratio
Figure DE102013021567A1_0005
applied.

Dementsprechend veranschaulichen im Diagramm 36 Kurven 42 jeweilige Verläufe des Flächenverhältnisses

Figure DE102013021567A1_0006
des ersten Spiralensegments 20 für unterschiedliche Werte des Exponenten exA, wobei die Kurve 1A den Verlauf des Flächenverhältnisses des ersten Spiralensegments 20 für den Exponenten exA = 1 veranschaulicht. Dementsprechend veranschaulicht die Kurve 2A den Verlauf des Flächenverhältnisses für den Exponenten exA = 2, die Kurve 3A für den Exponenten exA = 3, die Kurve 4A für den Exponenten exA = 4 und die Kurve 5A für den Exponenten exA = 5.Accordingly illustrate in the diagram 36 curves 42 respective courses of the area ratio
Figure DE102013021567A1_0006
of the first spiral segment 20 for different values of the exponent exA, where the curve 1A the course of the area ratio of the first spiral segment 20 for the exponent exA = 1 illustrated. Accordingly, the curve illustrates 2A the course of the area ratio for the exponent exA = 2, the curve 3A for the exponent exA = 3, the curve 4A for the exponent exA = 4 and the curve 5A for the exponent exA = 5.

Dementsprechend veranschaulichen Kurven 44 im Diagramm 36 jeweilige Verläufe des Flächenverhältnisses

Figure DE102013021567A1_0007
des zweiten Spiralensegments 22 für unterschiedliche Werte des Exponenten exB, wobei die Kurve 1B den Verlauf für exB = 1, die Kurve 2B den Verlauf für exB = 2, die Kurve 3B den Verlauf für exB = 3, die Kurve 4B den Verlauf für exB = 4 und die Kurve 5B den Verlauf für exB = 5 veranschaulicht. Die anhand der Kurven 42, 44 veranschaulichten, unterschiedlichen Flächenverläufe bzw. Spiralenverläufe ist zu entnehmen, wie stark auf die Sensibilität bzw. auf den Verstellbereich ε des Flächenabgriffs entlang des Spiralenverlaufs über die Spiralenflächen-Auslegung eingewirkt werden kann. Mittels der drehbaren Zungen 26, 28 über den Verstellbereich ε von beispielsweise 50°, so dass also εmax 50° beträgt, erhält man bei einem zumindest im Wesentlichen linearen und durch die Kurve 1A veranschaulichten Standardverlauf des ersten Spiralensegments 20 eine Flächenabsenkung von etwa 22% der Spiralenquerschnittsfläche bezogen auf den Spiraleneintrittsquerschnitt AsA0, d. h. bei maximalem Freigeben bzw. in Der Freigabestellung.Accordingly, curves illustrate 44 in the diagram 36 respective courses of the area ratio
Figure DE102013021567A1_0007
of the second spiral segment 22 for different values of the exponent exB, where the curve 1B the course for exB = 1, the curve 2 B the course for exB = 2, the curve 3B the course for exB = 3, the curve 4B the course for exB = 4 and the curve 5B illustrates the history for exB = 5. The basis of the curves 42 . 44 illustrated, different surface curves or spiral curves can be seen how strong the sensitivity or on the adjustment range ε of the Flächenabgriffs along the spiral profile on the spiral surface design can be acted upon. By means of the rotatable tongues 26 . 28 over the adjustment range ε of, for example, 50 °, so that ε max is 50 °, is obtained at an at least substantially linear and through the curve 1A illustrated standard course of the first spiral segment 20 a surface reduction of about 22% of the spiral cross-sectional area based on the spiral inlet cross-section A sA0 , ie at maximum release or in the release position.

Die Exponenten exA und exB können dabei gleich oder voneinander unterschiedlich sein. Ebenso können die Spiraleneintrittsquerschnitte AsA0 und AsB0 gleich oder voneinander unterschiedlich sein. Bei Anwendungen beispielsweise für Personenkraftwagen mit einem hohen Spreizungsbedarf des Durchsatzparameters können auch Exponenten exA bzw. exB von 6 vorgesehen werden.The exponents exA and exB can be the same or different from each other. Likewise, the spiral inlet cross-sections A sA0 and A sB0 may be the same or different from each other. In applications, for example for passenger cars with a high spreading requirement of the throughput parameter, exponents exA or exB of FIG. 6 can also be provided.

Mit 1A, min ist dabei ein minimaler Spiraleneintrittsquerschnitt bezeichnet, welcher in der Endstellung εmax des Zungenschiebers bei dem ersten Spiralensegment 20 mit dem Exponenten exA = 1 eingestellt ist. Entsprechend ist mit 5A, min ein minimaler Spiraleneintrittsquerschnitt bezeichnet, welcher in der Endstellung εmax des Zungenschiebers (Verstelleinrichtung 24) beim ersten Spiralensegment 20 mit exA = 5 eingestellt ist.1A, min denotes a minimal spiral inlet cross-section, which in the end position ε max of the tongue slider in the first spiral segment 20 is set with the exponent exA = 1. Correspondingly, denoted by 5A, min a minimum spiral inlet cross-section, which in the end position ε max of the tongue slider (adjusting 24 ) at the first spiral segment 20 with exA = 5 is set.

Ferner ist mit 1B, min ein minimaler Spiraleneintrittsquerschnitt des zweiten Spiralensegments 22 bezeichnet, welcher in der Endstellung εmax des Zungenschiebers beim zweiten Spiralensegment 22 mit exB = 1 eingestellt ist. Dementsprechend ist in 2 mit 5B, min ein minimaler Spiraleneintrittsquerschnitt des zweiten Spiralensegments 22 bezeichnet, welcher in der Endlage εmax des Zungenschiebers bei dem zweiten Spiralensegment 22 mit exB = 5 eingestellt ist.Further, with 1B, min, a minimum spiral entrance cross-section of the second spiral segment 22 denotes, which in the end position ε max of the tongue slider in the second spiral segment 22 is set with exB = 1. Accordingly, in 2 5B, min a minimum spiral inlet cross-section of the second spiral segment 22 designated, which in the end position ε max of the tongue slider in the second spiral segment 22 with exB = 5 is set.

Die geschilderte Formel ist vorzugsweise für einen Teilbereich der Erstreckung, d. h. zumindest in einem Teilbereich des jeweiligen Umschlingungswinkels gültig. Vorzugsweise ist die jeweilige Formel zumindest in einem überwiegenden Teilbereich und insbesondere in dem vollständigen Teil der Erstreckung des jeweiligen Spiralensegments 20, 22 verwirklicht.The described formula is preferably valid for a partial area of the extension, ie at least in a partial area of the respective wrap angle. Preferably, the respective formula is at least in a predominant partial area and in particular in the complete part of the extension of the respective spiral segment 20 . 22 realized.

3 zeigt eine schematische Darstellung der Verbrennungskraftmaschine 48. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ein Kurbelgehäuse 11 mit vorliegend sechs Brennräumen in Form von Zylindern 13, 15. In den Zylindern 13, 15 ist ein jeweiliger Kolben relativ zu dem entsprechenden Zylinder 13, 15 translatorisch bewegbar aufgenommen. Die Kolben sind über ein jeweiliges Pleuel mit einer Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle 17 der Verbrennungskraftmaschine 48 gekoppelt, so dass die translatorischen Bewegungen der Kolben in den Zylindern 13, 15 in eine in 1 durch einen Richtungspfeil 19 angedeutete rotatorische Bewegung der Kurbelwelle 17 umgewandelt werden können. 3 shows a schematic representation of the internal combustion engine 48 , The internal combustion engine comprises a crankcase 11 with present six combustion chambers in the form of cylinders 13 . 15 , In the cylinders 13 . 15 is a respective piston relative to the corresponding cylinder 13 . 15 taken translationally movable. The pistons are via a respective connecting rod with an output shaft in the form of a crankshaft 17 the internal combustion engine 48 coupled so that the translational movements of the pistons in the cylinders 13 . 15 in an in 1 by a directional arrow 19 indicated rotational movement of the crankshaft 17 can be converted.

Während eines gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 48 laufen in den Zylindern 13, 15 Verbrennungsvorgänge eines Kraftstoff-Luft-Gemisches ab, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine 48 resultiert. Das Abgas wird über einen Abgastrakt 21 der Verbrennungskraftmaschine 48 aus den Zylindern 13, 15 abgeführt. Im Abgastrakt 21 ist ein Abgaselement in Form eines Abgaskrümmers 27 angeordnet.During a fired operation of the internal combustion engine 48 run in the cylinders 13 . 15 Combustion processes of a fuel-air mixture from which exhaust gas of the internal combustion engine 48 results. The exhaust gas is via an exhaust tract 21 the internal combustion engine 48 from the cylinders 13 . 15 dissipated. In the exhaust tract 21 is an exhaust element in the form of an exhaust manifold 27 arranged.

Mittels des Abgaskrümmers 27 wird das Abgas aus den Zylindern 13 zu einer ersten Flut 23 des Abgastrakts 21 zusammengeführt. Ferner wird mittels des Abgaskrümmers 27 das Abgas aus den Zylindern 15 zu einer zweiten Flut 25 des Abgastrakts 21 zusammengeführt. Die Fluten 23, 25 sind beispielsweise durch jeweilige Abgasverrohrungen gebildet, welche jeweils mit dem Abgaskrümmer 27 fluidisch verbunden sind.By means of the exhaust manifold 27 is the exhaust from the cylinders 13 to a first flood 23 the exhaust tract 21 merged. Further, by means of the exhaust manifold 27 the exhaust from the cylinders 15 to a second flood 25 the exhaust tract 21 merged. The floods 23 . 25 are formed, for example, by respective exhaust casings, each with the exhaust manifold 27 are fluidically connected.

Im Abgastrakt 21 ist auch die Turbine 10 als eine erste Turbine des Abgasturboladers 46 als erstem Abgasturbolader angeordnet. Ferner ist im Abgastrakt 21 stromab der ersten Turbine 10 eine zweite Turbine 31 eines zweiten Abgasturboladers 33 angeordnet. Die Flut 23 ist fluidisch mit dem Spiralensegment 20 verbunden, wobei die Flut 25 mit dem Spiralensegment 22 fluidisch verbunden ist. Über die Fluten 23, 25 kann somit dem Turbinenrad 16 das Abgas zugeführt werden, so dass das Turbinenrad 16 von dem Abgas angetrieben werden kann.In the exhaust tract 21 is also the turbine 10 as a first turbine of the exhaust gas turbocharger 46 arranged as the first exhaust gas turbocharger. Furthermore, in the exhaust tract 21 downstream of the first turbine 10 a second turbine 31 a second exhaust gas turbocharger 33 arranged. The flood 23 is fluidic with the spiral segment 20 connected, the tide 25 with the spiral segment 22 is fluidically connected. About the floods 23 . 25 can thus the turbine wheel 16 the exhaust gas are supplied so that the turbine wheel 16 can be driven by the exhaust gas.

Das das Turbinenrad 16 antreibende Abgas wird anschließend der zweiten Turbine 31 des zweiten Abgasturboladers 33 zugeführt. Die zweite Turbine 31 umfasst ein in 3 nicht erkennbares, zweites Turbinengehäuse, in welchem ein zweites Turbinenrad 39 der zweiten Turbine 31 um eine Drehachse 41 relativ zum zweiten Turbinengehäuse drehbar zumindest bereichsweise aufgenommen ist. Das Abgas wird dabei dem zweiten Turbinenrad 39 zugeführt, so dass das stromab des ersten Turbinenrads 16 angeordnete, zweite Turbinenrad 39 vom Abgas angetrieben wird. Die Turbinen 10, 31 sind somit nacheinander angeordnet, d. h. bezogen auf eine Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgastrakt 21 seriell zueinander geschaltet.That the turbine wheel 16 Driving exhaust gas is then the second turbine 31 the second exhaust gas turbocharger 33 fed. The second turbine 31 includes an in 3 unrecognizable, second turbine housing in which a second turbine wheel 39 the second turbine 31 around a rotation axis 41 rotatably received at least partially relative to the second turbine housing. The exhaust gas is the second turbine wheel 39 fed so that the downstream of the first turbine wheel 16 arranged, second turbine wheel 39 is driven by the exhaust gas. The turbines 10 . 31 are thus arranged one after the other, ie with respect to a flow direction of the exhaust gas through the exhaust gas tract 21 connected in series with each other.

Das Abgas in der ersten Flut 23 weist stromauf des ersten Turbinenrads 16 einen Druck p31 auf, welcher auch als erster Turbineneintrittsdruck oder als erster Totaldruck an einem Eintritt der ersten Turbine 10 bezeichnet wird. Das Abgas in der zweiten Flut 25 weist dementsprechend einen Druck p32 auf, welcher auch als zweiter Turbineneintrittsdruck oder als zweiter Totaldruck am Eintritt der ersten Turbine 28 bezeichnet wird. Da die Drücke p31, p32 größer sind als ein stromab der Turbine 10 und stromauf der Turbine 31 herrschender Druck p4, wird die erste Turbine 10 auch als Hochdruck-Turbine bezeichnet, während die zweite Turbine 31 als Niederdruck-Turbine bezeichnet wird.The exhaust gas in the first tide 23 points upstream of the first turbine wheel 16 a pressure p 31 which also acts as the first turbine inlet pressure or as the first total pressure at an inlet of the first turbine 10 referred to as. The exhaust gas in the second tide 25 Accordingly, has a pressure p 32 , which also as the second turbine inlet pressure or as a second total pressure at the inlet of the first turbine 28 referred to as. Since the pressures p 31 , p 32 are greater than one downstream of the turbine 10 and upstream of the turbine 31 prevailing pressure p 4 , becomes the first turbine 10 also referred to as high-pressure turbine, while the second turbine 31 is referred to as a low-pressure turbine.

Das das erste Turbinenrad 16 antreibende Abgas wird infolge dieses Antreibens der ersten Turbine 10 entspannt, so dass es stromab der ersten Turbine 10 und stromauf der zweiten Turbine 31 den Druck p4 aufweist, welcher bezogen auf die erste Turbine 10 auch als Turbinenaustrittsdruck bezeichnet wird. Bezogen auf die zweite Turbine 31 ist der Druck p4 ein Turbineneintrittsdruck.That's the first turbine wheel 16 Driving exhaust gas is due to this driving of the first turbine 10 Relaxed, leaving it downstream of the first turbine 10 and upstream of the second turbine 31 the pressure p 4 , which with respect to the first turbine 10 Also referred to as turbine outlet pressure. Relative to the second turbine 31 the pressure p 4 is a turbine inlet pressure.

Das das zweite Turbinenrad 39 antreibende Abgas wird infolge dieses Antreibens entspannt, so dass es stromab des zweiten Turbinenrads 39 einen Druck p5 aufweist. Der Druck p5 ist somit ein Turbinenaustrittsdruck der zweiten Turbine 31. That the second turbine wheel 39 driving exhaust gas is released as a result of this driving, so that it is downstream of the second turbine wheel 39 has a pressure p 5 . The pressure p 5 is thus a turbine outlet pressure of the second turbine 31 ,

Stromab der zweiten Turbine 31 ist eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 62 im Abgastrakt 21 angeordnet. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 62 kann einen Partikelfilter und/oder einen Katalysator wie beispielsweise einen Oxidationskatalysator und/oder einen SCR-Katalysator umfassen (SCR – Selective Catalytic Reduction – selektive katalytische Reduktion).Downstream of the second turbine 31 is an exhaust aftertreatment device 62 in the exhaust tract 21 arranged. The exhaust aftertreatment device 62 may include a particulate filter and / or a catalyst such as an oxidation catalyst and / or an SCR (SCR) catalyst (Selective Catalytic Reduction).

Die Verbrennungskraftmaschine 48 weist auch einen Ansaugtrakt 64 auf, über welchen der Verbrennungskraftmaschine 48 von dieser angesaugte Luft zugeführt wird. Im Ansaugtrakt 64 ist ein Luftfilter 66 zum Filtern der angesaugten Luft angeordnet. Die in den Ansaugtrakt 64 einströmende Luft weist dabei einen Druck p1 auf.The internal combustion engine 48 also has an intake tract 64 on, over which of the internal combustion engine 48 is supplied from this sucked air. In the intake tract 64 is an air filter 66 arranged to filter the sucked air. The in the intake tract 64 inflowing air has a pressure p 1 .

Der zweite Abgasturbolader 33 weist einen Verdichter 68 mit einem Verdichterrad 70 auf. Das Verdichterrad 70 ist drehfest mit einer Welle 72 des Abgasturboladers 34 verbunden. Mit der Welle 72 ist auch das zweite Turbinenrad 39 drehfest verbunden. Dadurch kann das Verdichterrad 70 vom Turbinenrad 39 angetrieben werden und die der Verbrennungskraftmaschine 48 zuzuführende Luft verdichten. Aufgrund der besonders effizienten Nutzung der im Abgas enthaltenen Energie durch die Turbine 31 kann der Verdichter 68 besonders effizient betrieben werden, was zu einem effizienten, kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 48 führt.The second turbocharger 33 has a compressor 68 with a compressor wheel 70 on. The compressor wheel 70 is non-rotatable with a shaft 72 the exhaust gas turbocharger 34 connected. With the wave 72 is also the second turbine wheel 39 rotatably connected. This allows the compressor wheel 70 from the turbine wheel 39 be driven and the internal combustion engine 48 compress air to be supplied. Due to the particularly efficient use of the energy contained in the exhaust gas through the turbine 31 can the compressor 68 be operated particularly efficiently, resulting in an efficient, fuel-efficient operation of the internal combustion engine 48 leads.

Infolge der Verdichtung der Luft durch den Verdichter 68 weiset die Luft stromab des Verdichters 68 einen Druck p2N auf, welcher höher ist als der Druck p1. Stromab des Verdichters 68 ist der Verdichter 73 des Abgasturboladers 46 angeordnet. Der Verdichter 73 umfasst das Verdichterrad 74, mittels welchem die mittels des Verdichters 68 verdichtete Luft weiter zu verdichten ist. Die Verdichter 68, 73 sind somit seriell zueinander geschaltet.As a result of the compression of the air by the compressor 68 indicates the air downstream of the compressor 68 a pressure p 2N which is higher than the pressure p 1 . Downstream of the compressor 68 is the compressor 73 the exhaust gas turbocharger 46 arranged. The compressor 73 includes the compressor wheel 74 , by means of which the means of the compressor 68 compressed air is to be further compressed. The compressors 68 . 73 are thus connected in series with each other.

Auch die erste Turbine 10 ermöglicht die effiziente Nutzung von im Abgas enthaltene Energie, so dass dadurch auch der Verdichter 73 effizient angetrieben werden kann. Ausgehend von dem Druck p2N verdichtet der Verdichter 73 die Luft weiter auf einen Druck p2H.Also the first turbine 10 allows the efficient use of energy contained in the exhaust gas, thereby also the compressor 73 can be driven efficiently. Starting from the pressure p 2N compresses the compressor 73 the air continues to a pressure p 2H .

Dadurch ergibt sich ein Druckverhältnis πnd des auch als Niederdruck-Verdichter bezeichneten Verdichters 68 aus:

Figure DE102013021567A1_0008
This results in a pressure ratio π nd of the compressor, which is also referred to as a low-pressure compressor 68 out:
Figure DE102013021567A1_0008

Ferner ergibt sich dadurch ein Druckverhältnis πTHD des auch als Hochdruck-Verdichter bezeichneten Verdichters 73 aus:

Figure DE102013021567A1_0009
Furthermore, this results in a pressure ratio π THD of the compressor, which is also referred to as a high-pressure compressor 73 out:
Figure DE102013021567A1_0009

Wie anhand von 3 erkennbar ist, ist stromab des ersten Verdichters 68 und stromauf des weiteren Verdichters 73 ein Zwischenkühler 78 im Ansaugtrakt 64 angeordnet. Mittels des Zwischenkühlers 78 kann die mittels des Verdichters 68 verdichtete und dadurch erwärmte Luft gekühlt werden.As based on 3 is apparent, is downstream of the first compressor 68 and upstream of the other compressor 73 an intercooler 78 in the intake tract 64 arranged. By means of the intercooler 78 can the by means of the compressor 68 compressed and thus heated air to be cooled.

Auch stromab des weiteren Verdichters 73 ist ein Kühler angeordnet, welcher als Ladeluftkühler 80 bezeichnet wird. Der Ladeluftkühler 80 dient zum Kühlen der durch die Verdichter 68, 72 verdichtete und dadurch erwärmte Luft. Durch das Kühlen der Luft mittels des Ladeluftkühlers 80 kann der Aufladegrad der Luft weiter gesteigert werden, so dass die Luft stromauf der Zylinder 13, 15 und stromab des Ladeluftkühlers 80 einen Druck p2s aufweist, welcher auch als Ladedruck bezeichnet wird. Die Luft strömt mit diesem Ladedruck in einen Ladeluftverteiler 82 des Ansaugtrakts 64 ein, von welchem die verdichtete Luft auf die Zylinder 13, 15 verteilt wird.Also downstream of the other compressor 73 a radiator is arranged, which serves as intercooler 80 referred to as. The intercooler 80 is used to cool the through the compressor 68 . 72 compressed and thus heated air. By cooling the air by means of the intercooler 80 The degree of turbocharging of the air can be increased further, so that the air upstream of the cylinder 13 . 15 and downstream of the intercooler 80 has a pressure p 2s , which is also referred to as boost pressure. The air flows with this boost pressure into a charge air distributor 82 the intake tract 64 one from which the compressed air on the cylinders 13 . 15 is distributed.

Ferner weist die Verbrennungskraftmaschine 48 eine Abgasrückführeinrichtung 84 mit einer Abgasrückführleitung 86 auf. Die Abgasrückführleitung 86 ist einerseits an einer Abzweigstelle 88 fluidisch mit der Flut 23 und andererseits an einer Zuführstelle 90 fluidisch mit dem Ansaugtrakt 64 verbunden. Dadurch kann mittels der Abgasrückführleitung 86 an der Abzweigstelle 88 Abgas aus der Flut 23 abgezweigt, zu dem Ansaugtrakt 64 rückgeführt und an der Zuführstelle 90 in den Ansaugtrakt 64 eingeleitet werden. Die Zuführstelle 90 wird auch als Mischstelle M bezeichnet, da sich dort die den Ansaugtrakt 64 durchströmende Luft mit dem rückgeführten Abgas mischt.Furthermore, the internal combustion engine 48 an exhaust gas recirculation device 84 with an exhaust gas recirculation line 86 on. The exhaust gas recirculation line 86 is on the one hand at a branch point 88 fluidly with the tide 23 and on the other hand at a feed point 90 fluidic with the intake tract 64 connected. This can by means of the exhaust gas recirculation line 86 at the junction 88 Exhaust from the tide 23 branched off, to the intake tract 64 recycled and at the feed point 90 in the intake tract 64 be initiated. The feeder 90 is also referred to as mixing point M, since there is the intake 64 flowing air with the recirculated exhaust gas mixes.

In der Abgasrückführleitung 86 ist ein Abgasrückführventil 92 angeordnet, mittels welchem eine Masse oder Menge des rückzuführenden Abgases bedarfsgerecht einstellbar ist. Stromab des Abgasrückführventils 92 ist ein Abgasrückführkühler 94 zum Kühlen des rückzuführenden Abgases angeordnet.In the exhaust gas recirculation line 86 is an exhaust gas recirculation valve 92 arranged, by means of which a mass or amount of the recirculated exhaust gas is adjusted as needed. Downstream of the exhaust gas recirculation valve 92 is an exhaust gas recirculation cooler 94 arranged to cool the recirculating exhaust gas.

In der Abgasrückführleitung 86 ist stromab des Abgasrückführkühlers 94 und stromauf der Zuführstelle 90 ein Druckmodulator 96 vorgesehen, mittels welchem Druckschwingungsanregungen, verursacht durch Auslasspulsationen der Verbrennungskraftmaschine 48, in der Abgasrückführleitung 86 so weit moduliert und reduziert werden, dass im Bereich der Zuführstelle 90 keine oder nur sehr geringe wirksame Anregungsintensitäten mehr vorhanden sind. Der Druckmodulator 96 umfasst dabei ein Dämpfungsvolumen 98 sowie einen angepassten effektiven und durch ein entsprechendes Bauteil, beispielsweise eine Blende, gebildeten Zuströmquerschnitt 100 sowie einen angepassten effektiven und durch ein entsprechendes Bauteil, beispielsweise eine Blende, gebildeten Abströmquerschnitt 102. Der Zuströmquerschnitt 100 und der Abströmquerschnitt 102 verursachen in Verbindung mit der Größe des Dämpfungsvolumens 98 eine starke Dämpfung der Druckschwingung und damit der Druckpulsationen an der Zuführstelle 90.In the exhaust gas recirculation line 86 is downstream of the exhaust gas recirculation cooler 94 and upstream of the feed point 90 a pressure modulator 96 provided by means of which pressure oscillation excitations caused by exhaust pulsations of the internal combustion engine 48 , in the exhaust gas recirculation line 86 be modulated and reduced so far that in the area of the feed 90 no or only very small effective excitation intensities are no longer present. The pressure modulator 96 includes a damping volume 98 and an adapted effective and by a corresponding component, such as a diaphragm, formed Zuströmquerschnitt 100 and an adapted effective and by a corresponding component, such as a diaphragm, formed Abströmquerschnitt 102 , The inflow cross section 100 and the outflow cross section 102 cause in conjunction with the size of the damping volume 98 a strong damping of the pressure oscillation and thus the pressure pulsations at the feed point 90 ,

Die erste Flut 23 wird somit insbesondere dazu genutzt, Abgas aus ihr abzuzweigen und zum Ansaugtrakt 64 rückzuführen. Daher wird die Flut 23 auch als AGR-Flut bezeichnet. Im Gegensatz dazu dient die zweite Flut 25 insbesondere dazu, ein vorgebbares Verbrennungsluftverhältnis λ einzustellen, so dass vom Fahrer des Kraftwagens angeforderte Drehmomente von der Verbrennungskraftmaschine 48 über ihre Kurbelwelle 17 bereitgestellt werden können, weswegen die Flut 25 auch als λ-Flut oder Lambda-Flut bezeichnet wird. Daher wird das zur AGR-Flut gehörende Spiralensegment 20 auch als AGR-Segment bezeichnet, wobei das zur Lambda-Flut gehörende Spiralensegment 22 als Lambda-Segment bezeichnet wird.The first flood 23 is thus used in particular to divert exhaust from her and the intake system 64 recirculate. Therefore, the tide is 23 also known as AGR flood. In contrast, the second tide serves 25 in particular to set a predeterminable combustion air ratio λ, so that requested by the driver of the motor vehicle torques from the internal combustion engine 48 over her crankshaft 17 can be provided, so the flood 25 also referred to as λ-flood or lambda-flood. Therefore, the spiral segment belonging to the EGR flood becomes 20 Also referred to as EGR segment, where belonging to the lambda flood spiral segment 22 is called lambda segment.

Die Verbrennungskraftmaschine 48 weist auch eine Recheneinheit 104 zum Regeln und/oder Steuern der Verbrennungskraftmaschine 48 auf. Wie in 3 durch punktierte Pfeile angedeutet ist, ist die Recheneinheit 104, wobei es sich beispielsweise um ein Steuergerät handelt, mit dem Abgasrückführventil 92 verbunden, um dadurch die Menge oder Masse des rückzuführenden Abgases einzustellen. Die Recheneinheit 104 ist auch mit der Verstelleinrichtung 24 der Turbine 10 gekoppelt.The internal combustion engine 48 also has an arithmetic unit 104 for controlling and / or controlling the internal combustion engine 48 on. As in 3 indicated by dotted arrows, is the arithmetic unit 104 , which is, for example, a control unit, with the exhaust gas recirculation valve 92 connected to thereby adjust the amount or mass of the recirculated exhaust gas. The arithmetic unit 104 is also with the adjustment 24 the turbine 10 coupled.

Im Gegensatz zu Turbine 10, bei welcher durch den Zungenschieber eine variable Turbinengeometrie geschaffen ist, mittels welcher Strömungsquerschnitte stromauf des Turbinenrads 16 variiert werden können, ist die Turbine 31 beispielsweise als Festgeometrie-Turbine ausgebildet, welche keine variable Turbinengeometrie aufweist. Durch diese durch die Verstelleinrichtung 106 realisierte Einstellbarkeit ist eine vorteilhafte Regelung oder Steuerung der Verbrennungskraftmaschine 48 insbesondere hinsichtlich ihrer zweistufigen Aufladung durch die Abgasturbolader 33, 46 realisiert. In der Folge können ein sehr gutes Ansprechverhalten und somit eine sehr gute Fahragilität realisiert werden.Unlike turbine 10 in which a variable turbine geometry is created by the tongue slide, by means of which flow cross sections upstream of the turbine wheel 16 can be varied is the turbine 31 For example, designed as a solid geometry turbine, which has no variable turbine geometry. Through this by the adjustment 106 realized adjustability is an advantageous regulation or control of the internal combustion engine 48 in particular with regard to their two-stage turbocharger charge 33 . 46 realized. As a result, a very good response and thus a very good driving agility can be realized.

Mit ΦT1,31 ist in 3 ein erster Durchsatzparameter der Flut 23 bezeichnet. Der erste Durchsatzparameter ΦT1,31 ergibt sich dabei aus:

Figure DE102013021567A1_0010
wobei m31 den Abgasmassendurchsatz durch die Flut 24, Tt,31 die Totaltemperatur des Abgases am Eintritt der Turbine 10 und pt,31 den Totaldruck am Eintritt der Turbine 10 bezeichnet. Der erste Durchsatzparameter ΦT1,31 charakterisiert somit den Abgasdurchsatz durch die Flut 23 und somit durch das Spiralensegment 20.With Φ T1.31 is in 3 a first flow rate parameter 23 designated. The first throughput parameter Φ T1 , 31 results from:
Figure DE102013021567A1_0010
where m 31 is the exhaust gas mass flow rate through the tide 24 , T t, 31 the total temperature of the exhaust gas at the inlet of the turbine 10 and p t, 31 the total pressure at the inlet of the turbine 10 designated. The first flow rate parameter Φ T1, 31 thus characterizes the exhaust gas flow rate through the flood 23 and thus through the spiral segment 20 ,

Entsprechend dazu ergibt sich ein zweiter Durchsatzparameter ΦT1,32 aus:

Figure DE102013021567A1_0011
wobei m32 den Abgasmassendurchsatz durch die Flut 25, Tt,32 die Totaltemperatur des Abgases am Eintritt der Turbine 10 und pt,32 den Totaldruck des Abgases in der Flut 25 am Eintritt der Turbine 10 bezeichnen. Der zweite Durchsatzparameter ΦT1,32 charakterisiert somit den Abgasdurchsatz durch die Flut 25 und somit durch das Spiralensegment 22. Ferner ist in 1 mit ΦT2,ATL ein dritter Durchsatzparameter der Turbine 31 bezeichnet.Correspondingly, a second throughput parameter Φ T1, 32 results :
Figure DE102013021567A1_0011
where m 32 is the exhaust gas mass flow rate through the tide 25 , T t, 32 the total temperature of the exhaust gas at the inlet of the turbine 10 and p t, 32 the total pressure of the exhaust gas in the flood 25 at the entrance of the turbine 10 describe. The second flow rate parameter ΦT 1.32 thus characterizes the exhaust gas flow rate through the flood 25 and thus through the spiral segment 22 , Furthermore, in 1 with Φ T2, ATL a third turbine throughput parameter 31 designated.

Die Durchsatzparameter ΦT1,31, ΦT1,32 können sich insbesondere bei Nutzkraftwagenanwendungen voneinander unterscheiden.The throughput parameters Φ T1,31 , Φ T1,32 may differ from each other especially in commercial vehicle applications .

Um nun einen besonders effizienten Betrieb der Turbine 10 zu schaffen, ist es vorgesehen, dass die Spiralensegmente 20, 22 derart ausgebildet sind, dass ein Asymmetriegrad ASY, welcher durch einen Quotienten aus den Durchsatzparametern gebildet ist, beim Verstellen der Verstelleinrichtung 24 zumindest in einem Teil des Verstellbereichs variiert. Mit anderen Worten ergibt sich der Asymmetriegrad ASY zu: ASY = PHI31/PH132 Order now a particularly efficient operation of the turbine 10 To create, it is provided that the spiral segments 20 . 22 are formed such that an Asymmetriegrad ASY, which is formed by a quotient of the flow rate parameters, when adjusting the adjustment 24 varies at least in a part of the adjustment. In other words, the degree of asymmetry ASY results in: ASY = PHI31 / PH132

Mit „PHI31” ist dabei der erste Durchsatzparameter ΦT1,31 des Spiralensegments 20 bezeichnet, während mit „PHI32” der zweite Durchsatzparameter ΦT1,32 der Flut 25 bezeichnet ist.With "PHI31" is the first flow rate parameter Φ T1,31 of the spiral segment 20 with "PHI32" the second flow rate parameter Φ T1,32 of the flood 25 is designated.

4 zeigt ein Diagramm 108, auf dessen Abszisse 110 der Umschlingungswinkel φ der Spiralensegmente 20, 22 aufgetragen ist, wobei der Umschlingungswinkel auch als Umfangswinkel bezeichnet wird. Auf der Ordinate 112 sind die jeweiligen Querschnittsflächen der Spiralensegmenten 20, 22 aufgetragen. Ein Verlauf 114 veranschaulicht den Querschnittsflächenverlauf des Lambda-Segments mit exB, welcher auch als ex32 bezeichnet wird und den Wert 4 hat. Bezogen auf φ ist die Zunge 28 in der Offenstellung bei φ = 10° positioniert. Ein Umblasebereich erstreckt dabei von φ = 10° bis = 20°. Ein Verlauf 116 veranschaulicht den Querschnittsflächenverlauf des AGR-Segments mit exA, welcher auch als ex31 bezeichnet wird und den Wert 3 hat. Bezogen auf φ ist die Zunge 26 in der Offenstellung bei φ = 235° positioniert. Ein Umblasebereich erstreckt dabei von φ = 245° bis φ = 235°. 4 shows a diagram 108 , on the abscissa 110 the wrap angle φ of the spiral segments 20 . 22 is plotted, wherein the wrap angle is also referred to as a circumferential angle. On the ordinate 112 are the respective cross-sectional areas of the spiral segments 20 . 22 applied. A course 114 illustrates the cross-sectional area profile of the lambda segment with exB, which is also referred to as ex32 and has the value 4. The tongue is related to φ 28 positioned in the open position at φ = 10 °. A Umblasebereich extends from φ = 10 ° to = 20 °. A course 116 illustrates the cross-sectional area profile of the EGR segment with exA, which is also referred to as ex31 and has the value 3. The tongue is related to φ 26 positioned in the open position at φ = 235 °. A Umblasebereich extends from φ = 245 ° to φ = 235 °.

Ein gestrichelter Verlauf 118 veranschaulicht den Querschnittsflächenverlauf des Lambda-Segments mit exB = 6. Ein gestrichelter Verlauf 120 veranschaulicht den Querschnittsflächenverlauf des AGR-Segments mit exB = 2. Punkte 122 veranschaulichen die Mittelposition des Zungenschiebers bei φ = 40° bzw. 265°. Punkte 124 veranschaulichen die Schließstellung des Zungenschiebers bei φ = 60° bzw. 285°.A dashed course 118 illustrates the cross-sectional area profile of the lambda segment with exB = 6. A dashed curve 120 illustrates the cross-sectional area profile of the EGR segment with exB = 2 points 122 illustrate the center position of the tongue slider at φ = 40 ° and 265 °, respectively. Points 124 illustrate the closed position of the tongue slider at φ = 60 ° and 285 °.

5 zeigt ein Diagramm 126, auf dessen Abszisse 128 „ε”, das heißt die Positionen der Zungen 26, 28 beziehungsweise des Zungenschiebers aufgetragen ist beziehungsweise sind. Ein Verlauf 132 veranschaulicht den Verlauf des Gesamtdurchsatzparameters der Turbine 10 mit exA = ex31 = 3 und exB = ex32 = 4 über den Stellungen des Zungenschiebers. Demzufolge kann anhand des Verlaufs 132 erkannt werden, wie sich der Gesamtdurchsatzparameter der Turbine 10 in Abhängigkeit vom Verstellen des Zungenschiebers verändert. Gleiches gilt für einen im Diagramm 126 gezeigten Verlauf 134, welcher jedoch den Verlauf des Gesamtdurchsatzparameters der Turbine 10 mit exA = ex31 = 2 und exB = ex32 = 6 zeigt. 5 shows a diagram 126 , on the abscissa 128 "Ε", that is the positions of the tongues 26 . 28 or the tongue slider is applied or are. A course 132 illustrates the progression of the overall turbine flow rate parameter 10 with exA = ex31 = 3 and exB = ex32 = 4 over the positions of the tongue slider. As a result, based on the history 132 be recognized how the overall flow rate parameter of the turbine 10 changed depending on the adjustment of the tongue slider. The same applies to one in the diagram 126 shown course 134 which, however, the course of the total flow rate parameter of the turbine 10 with exA = ex31 = 2 and exB = ex32 = 6 shows.

Ein zum Verlauf 132 gehörender Verlauf 136 veranschaulicht den Verlauf des Asymmetriegrads ASY bei ex31 = 3 und ex32 = 4. Mit anderen Worten kann anhand des Verlaufs 136 erkannt werden, wie sich der Asymmetriegrad ASY beim Verstellen des Zungenschiebers verändert. Anhand des Verlaufs 136 ist erkennbar, dass sich der Asymmetriegrad bei ex31 = 3 und ex32 = 4 nahezu nicht ändert, wenn der Zungenschieber verstellt wird. Aus 5 ist ferner erkennbar, dass der Verstellbereich des Zungenschiebers 50 Grad beträgt. Die Offenstellung liegt somit bei ε = 0°, wobei die Schließstellung bei ε = 50° liegt.One to the course 132 belonging course 136 illustrates the course of the degree of asymmetry ASY at ex31 = 3 and ex32 = 4. In other words, based on the course 136 It can be recognized how the degree of asymmetry ASY changes when adjusting the tongue slider. Based on the course 136 It can be seen that the degree of asymmetry almost does not change at ex31 = 3 and ex32 = 4 when the tongue slider is adjusted. Out 5 It can also be seen that the adjustment range of the tongue slider is 50 degrees. The open position is thus at ε = 0 °, the closed position being ε = 50 °.

Ein zum Verlauf 134 gehörender Verlauf 138 veranschaulicht den Verlauf des Asymmetriegrads ASY bei ex31 = 2 und ex32 = 6. Anhand des Verlaufs 138 ist erkennbar, dass sich der Asymmetriegrad bei ex31 = 2 und ex32 = 6 deutlich ändert, wenn der Zungenschieber verstellt wird. Vorliegend steigt der Asymmetriegrad ASY an, wenn der Zungenschieber in Richtung seiner Schließstellung bewegt wird. Ferner ist in das Diagramm 126 ein Umblasebereich 140 eingetragen, welcher sich von ε = 0° bis ε = 10° erstreckt.One to the course 134 belonging course 138 illustrates the course of the degree of asymmetry ASY at ex31 = 2 and ex32 = 6. Based on the course 138 It can be seen that the degree of asymmetry at ex31 = 2 and ex32 = 6 changes significantly when the tongue slider is adjusted. In the present case, the degree of asymmetry ASY increases when the tongue slider is moved in the direction of its closed position. Further, in the diagram 126 a Umblasebereich 140 registered, which extends from ε = 0 ° to ε = 10 °.

6 zeigt das Diagramm 126 mit den Verläufen 132 und 134. Ferner sind in das Diagramm Verläufe 142 und 144 eingetragen, welche zum Verlauf 132 gehören. Verläufe 146 und 148 gehören zum Verlauf 134. Der Verlauf 142 veranschaulicht den Verlauf des ersten Durchsatzparameters des Spiralensegments 20 mit ex31 = 3 in Abhängigkeit von der Verstellung des Zungenschiebers. Der Verlauf 144 veranschaulicht den Verlauf des zweiten Durchsatzparameters PHI32 des Spiralensegments 22 mit ex32 = 4 in Abhängigkeit von der Verstellung des Zungenschiebers. Anhand der Verläufe 142, 144 ist erkennbar, dass sich die Durchsatzparameter PHI31 und PHI32 beim Verstellen des Zungenschiebers zumindest nahezu gleich verhalten, so dass die Verläufe 142, 144 parallel sind beziehungsweise ihren Abstand zueinander zumindest nahezu nicht verändern. 6 shows the diagram 126 with the courses 132 and 134 , Furthermore, gradients are in the diagram 142 and 144 registered, which to the course 132 belong. courses 146 and 148 belong to the course 134 , The history 142 illustrates the course of the first throughput parameter of the spiral segment 20 with ex31 = 3 depending on the adjustment of the tongue slider. The history 144 illustrates the course of the second throughput parameter PHI32 of the spiral segment 22 with ex32 = 4 depending on the Adjustment of the tongue slider. Based on the gradients 142 . 144 It can be seen that the throughput parameters PHI31 and PHI32 behave at least almost the same when adjusting the tongue slider, so that the curves 142 . 144 are parallel or their distance from each other at least almost unchanged.

Der Verlauf 146 veranschaulicht den Verlauf des ersten Durchsatzparameters des Spiralensegments 20 mit ex31 = 2 in Abhängigkeit von der Verstellung des Zungenschiebers. Der Verlauf 148 veranschaulicht den Verlauf des zweiten Durchsatzparameters PHI32 des Spiralensegments 22 mit ex32 = 6 in Abhängigkeit von der Verstellung des Zungenschiebers. Anhand der Verläufe 146, 148 ist erkennbar, dass sich die Durchsatzparameter PHI31 und PHI32 unterschiedlich verhalten, so dass die Verläufe beim Verstellen des Zungenschiebers in Richtung der Schließstellung aufeinander zu verlaufen und in der Schließstellung schließlich in einem gemeinsamen Punkt, das heißt Schnittpunkt münden.The history 146 illustrates the course of the first throughput parameter of the spiral segment 20 with ex31 = 2 depending on the adjustment of the tongue slider. The history 148 illustrates the course of the second throughput parameter PHI32 of the spiral segment 22 with ex32 = 6 depending on the adjustment of the tongue slider. Based on the gradients 146 . 148 It can be seen that the throughput parameters PHI31 and PHI32 behave differently, so that when the tongue slide is moved in the direction of the closed position, the courses run towards one another and finally, in the closed position, open at a common point, that is, an intersection.

Hierbei ist der Asymmetriefaktor ASY proportional zu As31/As32 (Spiralenquerschnitt des Spiralensegments 20 im Verhältnis zum Spiralenquerschnitt des Spiralensegments 22). Mit anderen Worten:

Figure DE102013021567A1_0012
Here, the asymmetry factor ASY is proportional to As31 / As32 (spiral cross-section of the spiral segment 20 in relation to the spiral cross-section of the spiral segment 22 ). In other words:
Figure DE102013021567A1_0012

Dabei bezeichnet φ31,0 den Beginn des Spiralensegments 20, φ31,E das Ende des Spiralensegments 20, φ33,0 den Beginn des Spiralensegments 22, φ32,E das Ende des Spiralensegments 22, As31,0 die Querschnittsfläche am Eintritt des Spiralensegments 20, und As32,0 die Querschnittsfläche am Eintritt des Spiralensegments 22. Ferner ist φ eine Laufvariable entlang der Erstreckung des jeweiligen Spiralensegments, das heißt entlang des jeweiligen Umschlingungswinkels, so dass As31 die zu einem jeweiligen Wert von φ gehörende Querschnittsfläche des Spiralensegments 20 und As32 die zu einem jeweiligen Wert von φ gehörende Querschnittsfläche des Spiralensegments 22 ist. Mit anderen Worten ist φ der Flächenabgriffswinkel der jeweiligen Zunge 26. 28 von ε = 0° bis εg.Here, φ 31.0 denotes the beginning of the spiral segment 20 , φ 31, E the end of the spiral segment 20 , φ 33,0 the beginning of the spiral segment 22 , φ 32, E the end of the spiral segment 22 , A s31,0 the cross-sectional area at the entrance of the spiral segment 20 , and A s32,0 the cross-sectional area at the entrance of the spiral segment 22 , Further, φ is a running variable along the extent of each spiral segment , that is, along the respective wrap angle, so that A s31 is the sectional area of the spiral segment corresponding to a respective value of φ 20 and A s32 are the cross-sectional area of the spiral segment corresponding to a respective value of φ 22 is. In other words, φ is the area tap angle of the respective tongue 26 , 28 from ε = 0 ° to ε g .

As31 und As32 werden üblicherweise simultan abgegriffen, wenn die Zungen 26, 28 simultan, beispielsweise mittels eines gemeinsamen Aktors gedreht beziehungsweise bewegt werden. Alternativ ist es denkbar, dass ein erster Aktor zum Bewegen der Zunge 26 und ein zweiter Aktor zum Bewegen der Zunge 28 vorgesehen ist, so dass die Zungen 26 und 28 relativ zueinander und/oder unabhängig voneinander bewegt werden können.A s31 and A s32 are usually tapped simultaneously when the tongues 26 . 28 be simultaneously rotated or moved, for example by means of a common actuator. Alternatively, it is conceivable that a first actuator for moving the tongue 26 and a second actuator for moving the tongue 28 is provided, so that the tongues 26 and 28 relative to each other and / or can be moved independently.

Ferner gilt vorzugsweise: ΔPHI = phi3m (ε = 0°)/phi3m (ε = εg) > 1,2 Furthermore, preferably: ΔPHI = phi3m (ε = 0 °) / phi3m (ε = ε g)> 1.2

Insbesondere gilt: ΔPHI = phi3m (ε = 0°)/phi3m (ε = εg) > 1,5 In particular: ΔPHI = phi3m (ε = 0 °) / phi3m (ε = ε g)> 1.5

Mit „phi3m” ist dabei der Gesamtdurchsatzparameter der Turbine 10 bezeichnet.With "phi3m" is the overall throughput parameter of the turbine 10 designated.

Ferner gilt vorzugsweise: ΔASY = ASY (ε = 0°)/ASY (ε = εg) < 1,2 Furthermore, preferably: ΔASY = ASY (ε = 0 °) / ASY (ε = ε g ) <1.2

Insbesondere gilt: ΔASY = ASY (ε = 0°)/ASY (ε = εg) < 0,8 In particular: ΔASY = ASY (ε = 0 °) / ASY (ε = ε g ) <0.8

Im Folgenden wird die Turbine 10 mit ex31 = 3 und ex32 = 4 als „erste Variante” und die Turbine 10 mit ex31 = 2 und ex32 = 6 als „zweite Variante” bezeichnet. Während die erste Variante ein hohe AGR-Fähigkeit der Verbrennungskraftmaschine 48 erzeugt, was durch den fast konstant bleibenden Asymmetriefaktor ASY im Bereich 0,5 bewirkt wird, führt die zweite Variante bzw. das Turbinengehäuse 12, das den Asymmetriefaktor ASY bis zu einem Wert von ca. 1 ansteigen lässt, zu einer hohen Lambda-Fähigkeit.The following is the turbine 10 with ex31 = 3 and ex32 = 4 as "first variant" and the turbine 10 with ex31 = 2 and ex32 = 6 referred to as "second variant". While the first variant is a high EGR capability of the internal combustion engine 48 generated, which is caused by the almost constant asymmetry factor ASY in the range 0.5, leads the second variant or the turbine housing 12 , which causes the asymmetry factor ASY to increase to a value of about 1, to a high lambda capability.

Die erste Variante umfasst das Turbinengehäuse 12, das eine nahezu gleiche Spiralenflächenänderung des AGR-Segements gegenüber dem Lambda-Segement erzeugt. Somit wird man im Verstellbereich der Turbine 10 eine sehr niedere NOx-Emission verursachen können. The first variant includes the turbine housing 12 which produces a nearly equal spiral area change of the EGR segment with respect to the lambda segment. Thus one becomes in the adjustment range of the turbine 10 can cause a very low NOx emission.

Das Turbinengehäuse 12 der zweiten Variante hingegen, das eine sehr viel stärkere Spiralenflächenverjüngung des Lambda-Segments (der Lambda-Spirale) im Schließvorgang des Zungenschiebers gegenüber der relativ schwachen Abnahme der AGR-Spiralenfläche durchführt, wird eine Anhebung der Luftmenge gegenüber der Abgasrückführmenge verursachen, wodurch dadurch die Verbrennung des Motors hinsichtlich einer Verbrauchsreduktion begünstigt wird. Des Weiteren erbringt die Nutzung des Turbinengehäuses der zweiten Variante Vorteile bei der Motoragilität, was auch bei NFZ-Motoren eine zunehmende Bedeutung gewinnen wird.The turbine housing 12 on the other hand, the second variant, which performs a much stronger spiral surface taper of the lambda segment (the lambda spiral) in the closing action of the tongue slider against the relatively weak decrease of the EGR spiral surface, will cause an increase in the amount of air relative to the exhaust gas recirculation amount, thereby causing combustion the engine is favored in terms of consumption reduction. Furthermore, the use of the turbine housing of the second variant provides advantages in terms of engine agility, which will also gain in importance in commercial vehicle engines.

Die Exponenten ex31 und ex32 stellen für den Asymmetriefaktor bzw. den Asymmetriegrad wesentliche Geometriegrößen dar und machen in den entsprechenden Kombinationen das gewünschte Verhalten hinsichtlich der Durchsatzparameter- und Asymmetriefaktor-Spreizung über die Verlaufsbeeinflussung als Schwerpunkt aus.The exponents ex31 and ex32 represent essential geometry quantities for the asymmetry factor or degree of asymmetry and in the corresponding combinations make the desired behavior with regard to throughput parameter and asymmetry factor spreading over the course influence as the center of gravity.

Zu erwähnen ist, dass bei der Verwendung des Begriffs „Durchsatzparameter” vorzugsweise der kritische Durchsatzparameter gemeint ist, der im Allgemeinen weitgehend direkt proportional zu den geometrischen Strömungsflächen in Beziehung steht.It should be noted that when using the term "flow rate parameter" it is meant preferably the critical flow rate parameter, which is generally largely directly proportional to the geometric flow areas.

Die in 3 gezeigte, zweistufige Aufladung mit der variablen Zweisegment-Turbine am Hochdruck-Abgasturbolader ATL könnte auch durch eine einstufige Aufladung ersetzt werden, da die Nutzung der der Spiralenkombinationen zur Asymmetriefaktor-Beeinflussung davon unabhängig ist.In the 3 The dual-segment variable-turbocharged two-stage turbocharger on the ATL high-pressure turbocharger could also be replaced with a one-stage supercharger, as the use of the spiral combination to influence the asymmetry factor is independent of this.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Turbineturbine
1111
Kurbelgehäusecrankcase
1212
Turbinengehäuseturbine housing
1313
Zylindercylinder
1414
Aufnahmeraumaccommodation space
1515
Zylindercylinder
1616
Turbinenradturbine
1717
Kurbelwellecrankshaft
1818
Drehachseaxis of rotation
1919
Richtungspfeilarrow
2020
erstes Spiralensegmentfirst spiral segment
2121
Abgastraktexhaust tract
2222
zweites Spiralensegmentsecond spiral segment
2323
erste Flutfirst tide
2424
Zungenschiebertongue slide
2525
zweite Flutsecond tide
2626
Zungetongue
2727
Abgaskrümmerexhaust manifold
2828
Zungetongue
3030
Ringring
3131
zweite Turbinesecond turbine
3232
Zungenspitzetongue
3333
zweiter Abgasturboladersecond exhaust gas turbocharger
3434
Zungenspitzetongue
3636
Diagrammdiagram
3838
Abszisseabscissa
3939
zweites Turbinenradsecond turbine wheel
4040
Ordinateordinate
4141
Drehachseaxis of rotation
4242
Kurvencurves
4444
Kurvencurves
4646
Abgasturboladerturbocharger
4848
VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
60 60
Turbineturbine
6262
Abgasnachbehandlungseinrichtungexhaust treatment device
6464
Ansaugtraktintake system
6666
Luftfilterair filter
6868
Verdichtercompressor
7070
Verdichterradcompressor
7272
Wellewave
7373
Verdichtercompressor
7474
Verdichterradcompressor
7676
Wellewave
7878
Zwischenkühlerintercooler
8080
LadeluftkühlerIntercooler
8282
LadeluftverteilerCharge-air distributor
8484
AbgasrückführeinrichtungExhaust gas recirculation device
8686
AbgasrückführleitungExhaust gas recirculation line
8888
Abzweigstellebranching point
9090
Zuführstelleinduct
9292
AbgasrückführventilExhaust gas recirculation valve
9494
AbgasrückführkühlerExhaust gas recirculation cooler
9696
Druckmodulatorpressure modulator
9898
Dämpfungsvolumendamping volume
100100
Zuströmquerschnittinflow cross
102102
Abströmquerschnittoutflow cross
104104
Recheneinheitcomputer unit
108108
Diagrammdiagram
110110
Abszisseabscissa
112112
Ordinateordinate
114114
Verlaufcourse
116116
Verlaufcourse
118118
Verlaufcourse
120120
Verlaufcourse
122122
PunktPoint
124124
PunktPoint
126126
Diagrammdiagram
128128
Abszisseabscissa
130130
Ordinateordinate
132132
Verlaufcourse
134134
Verlaufcourse
136136
Verlaufcourse
138138
Verlaufcourse
140140
UmblasebereichUmblasebereich
142142
Verlaufcourse
144144
Verlaufcourse
146146
Verlaufcourse
148148
Verlaufcourse
MM
Mischstellemixing point
p1 p 1
Druckprint
p2N p 2N
Druckprint
p2s p 2s
Druckprint
p31 p 31
Druckprint
p32 p 32
Druckprint
p4 p 4
Druckprint
p5 p 5
Druckprint
ΦT1,31 Φ T1.31
erster Durchsatzparameterfirst throughput parameter
ΦT1,32 Φ T1,32
zweiter Durchsatzparametersecond throughput parameter
ΦT2,ATL Φ T2, ATL
dritter Durchsatzparameterthird throughput parameter
1A1A
KurveCurve
2A2A
KurveCurve
3A3A
KurveCurve
4A4A
KurveCurve
5A 5A
KurveCurve
1B1B
KurveCurve
2B2 B
KurveCurve
3B3B
KurveCurve
4B4B
KurveCurve
5B5B
KurveCurve
εmax ε max
Endstellungend position
1A, min1A, min
minimaler Spiraleneintrittsquerschnittminimum spiral inlet cross-section
1B, min1B, min
minimaler Spiraleneintrittsquerschnittminimum spiral inlet cross-section
5A, min5A, min
minimaler Spiraleneintrittsquerschnittminimum spiral inlet cross-section
5B, min5B, min
minimaler Spiraleneintrittsquerschnittminimum spiral inlet cross-section
φφ
Winkelangle
φA0 φ A0
AnfangswinkelStarting angle
φAE φ AE
Endwinkelend angle
φAges A Ages
UmschlingungswinkelWrap angle
φB0 φ B0
AnfangswinkelStarting angle
φBE φ BE
Endwinkelend angle
φBges B Bges
UmschlingungswinkelWrap angle
AsA0 A sA0
maximaler Spiraleneintrittsquerschnittmaximum spiral inlet cross section
AsB0 A sB0
maximaler Spiraleneintrittsquerschnittmaximum spiral inlet cross section
OO
Ursprungorigin

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102008039085 A1 [0008] DE 102008039085 A1 [0008]
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  • US 2011/0243721 A1 [0010] US 2011/0243721 A1 [0010]

Claims (5)

Turbine (10) für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Turbinengehäuse (12), welches einen Aufnahmeraum (14) für ein um eine Drehachse (18) relativ zu dem Turbinengehäuse (12) drehbares Turbinenrad (16) sowie wenigstens zwei sich in Umfangsrichtung des Turbinenrads (16) über dessen Umfang erstreckende, zumindest bereichsweise fluidisch voneinander getrennte und in Umfangsrichtung hintereinander angeordnete Spiralensegmente (20, 22) zum Führen des Abgases zu dem Aufnahmeraum (14) aufweist, und mit einer in einem Verstellbereich verstellbaren Verstelleinrichtung (24), mittels welcher jeweilige, stromauf des Turbinenrads (16) angeordnete und den Spiralensegmenten (20, 22) zugeordnete Strömungsquerschnitte einstellbar sind, wobei die Spiralensegmente (20, 22) jeweils einen einen Durchsatz des Abgas durch das jeweilige Spiralensegment (20, 22) charakterisierenden Durchsatzparameter (ΦT1,31, ΦT1,32) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralensegmente (20, 22) derart ausgebildet sind, dass ein Asymmetriegrad, welcher durch einen Quotienten aus den Durchsatzparametern ((ΦT1,31, ΦT1,32)) gebildet ist, beim Verstellen der Verstelleinrichtung (24) zumindest in einem Teil des Verstellbereichs variiert.Turbine ( 10 ) for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, with a turbine housing ( 12 ), which has a receiving space ( 14 ) for one about a rotation axis ( 18 ) relative to the turbine housing ( 12 ) rotatable turbine wheel ( 16 ) and at least two in the circumferential direction of the turbine wheel ( 16 ) extending over its circumference, at least partially fluidly separated from each other and circumferentially successively arranged spiral segments ( 20 . 22 ) for guiding the exhaust gas to the receiving space ( 14 ), and with an adjustable in an adjustment range ( 24 ), by means of which respective, upstream of the turbine wheel ( 16 ) and the spiral segments ( 20 . 22 ) associated flow cross sections are adjustable, wherein the spiral segments ( 20 . 22 ) each have a throughput of the exhaust gas through the respective spiral segment ( 20 . 22 ) throughput parametersT1 , 31 , Φ T1, 32 ), characterized in that the spiral segments ( 20 . 22 ) are formed such that an asymmetry degree , which is formed by a quotient of the flow rate parameters ((Φ T1 , 31 , Φ T1, 32 )), when adjusting the adjusting device ( FIG . 24 ) varies at least in a part of the adjustment. Turbine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Asymmetriegrad in einem Bereich von einschließlich 0,3 bis einschließlich 1,2 variiert.Turbine ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the degree of asymmetry varies in a range of from 0.3 to 1.2 inclusive. Turbine (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Asymmetriegrad in einem Bereich von einschließlich 0,3 bis einschließlich 0,8 variiert.Turbine ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the degree of asymmetry varies in a range of 0.3 to 0.8 inclusive. Turbine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Teil des Verstellbereichs von einschließlich einer ersten Stellung bis einschließlich einer zweiten Stellung der Verstelleinrichtung erstreckt, wobei ein weiterer Quotient aus einem ersten Gesamtdurchsatzparameter, den die Turbine (10) in der ersten Stellung aufweist, und einem zweiten Gesamtdurchsatzparameter der Turbine (10), den die Turbine (10) in der zweiten Stellung aufweist, größer als 1,2, insbesondere größer als 1,5, ist.Turbine ( 10 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the part of the adjustment range extends from including a first position up to and including a second position of the adjusting device, wherein a further quotient of a first overall throughput parameter which the turbine ( 10 ) in the first position, and a second overall flow rate parameter of the turbine ( 10 ) the turbine ( 10 ) in the second position, greater than 1.2, in particular greater than 1.5, is. Turbine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des Verstellbereichs ein überwiegender Teil des Verstellbereichs, insbesondere der gesamte Verstellbereich, ist.Turbine ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the part of the adjustment range is a predominant part of the adjustment range, in particular the entire adjustment range.
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WO2019072407A1 (en) 2017-10-12 2019-04-18 Ihi Charging Systems International Gmbh Exhaust gas turbocharger

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