DE102013219329A1 - Turbine arrangement for an internal combustion engine and a rechargeable internal combustion engine - Google Patents

Turbine arrangement for an internal combustion engine and a rechargeable internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Es wird eine Turbinenanordnung (10) für eine Brennkraftmaschine (12), mit wenigstens einer Fluidleitung (14), einer in der Fluidleitung (14) angeordneten Turbine (16) und einer Umgehungsleitung (18), welche von der Fluidleitung (14) stromauf der Turbine (16) abzweigt und in die Fluidleitung (14) stromab der Turbine (16) mündet, beschrieben. Eine Einmündungsstelle (40) der Umgehungsleitung (18) erstreckt sich nur über einen Azimutalwinkelbereich (42) der Fluidleitung (14). Die Fluidleitung (14) weist in Richtung stromab der Turbine (16) eine unstetige Öffnungsrate im Azimutalwinkelbereich (42) der Einmündungsstelle (40) auf.There is provided a turbine assembly (10) for an internal combustion engine (12) having at least one fluid conduit (14), a turbine (16) disposed in the fluid conduit (14), and a bypass conduit (18) disposed upstream of the fluid conduit (14) Turbine (16) branches off and in the fluid line (14) downstream of the turbine (16) opens. An inflow point (40) of the bypass line (18) extends only over an azimuthal angle region (42) of the fluid line (14). The fluid line (14) has a discontinuous opening rate in the azimuthal angle region (42) of the junction (40) in the direction downstream of the turbine (16).

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbinenanordnung für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft des Weiteren eine aufladbare Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9. The invention relates to a turbine arrangement for an internal combustion engine having the features according to the preamble of claim 1. It further relates to a chargeable internal combustion engine having the features according to the preamble of claim 9.

Es ist verbreitet, einen Austrittsdiffusor stromab einer Turbine, insbesondere einer Turboladerturbine, für eine Brennkraftmaschine, anzuordnen, um die kinetische Energie der Abströmung von der Turbine möglichst maximal in statische Druckenergie umzuwandeln. Die damit erreichte Absenkung des statischen Druckniveaus am Austritt der Turbine hat eine entsprechende Steigerung der Gasexpansion in der Turbinenstufe und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrades zur Folge. Eine Umwandlung der kinetischen Energie wird allerdings aufgrund verschiedener Umstände erschwert: Das Strömungsfeld der Abströmung von der Turbine ist häufig inhomogen. Auch weisen Turbinen, insbesondere Turboladerturbinen, verbreitet einen hochdynamischen Arbeitsbereich auf, in welchem stark variierende Bedingungen der Zuströmung und Abströmung an die Turbine herrschen. Insbesondere wirken serienmäßige Turboladerturbinengehäuse wie Stoßdiffusoren, so dass der Wirkungsgrad leidet. It is common to arrange an outlet diffuser downstream of a turbine, in particular a turbocharger turbine, for an internal combustion engine in order to maximally convert the kinetic energy of the outflow from the turbine into static pressure energy. The achieved lowering of the static pressure level at the outlet of the turbine has a corresponding increase in the gas expansion in the turbine stage and thus an improvement in the efficiency result. However, kinetic energy conversion is complicated by various circumstances: the flow field of the effluent from the turbine is often inhomogeneous. Turbines, in particular turbocharger turbines, also have a highly dynamic working range in which strongly varying conditions of inflow and outflow to the turbine prevail. In particular, standard turbocharger turbine housings act as impact diffusers, so that the efficiency suffers.

Eine Klasse von Turbinen wird darüber hinaus mit einer Umgehungsleitung, häufig als Wastegate-Leitung bezeichnet, betrieben, welche stromab der Turbine mündet. Der an der Turbine, beispielsweise aufgrund der Wastegate-Ladedruckregelung bei einer Turboladerturbine, vorbeigeführte Abgasmassenstrom muss mit dem expandierten Gas der Abströmung hinter der Turbine zusammengeführt werden. Diese Zusammenführung verursacht bei den geläufig zum Einsatz gelangenden Austrittsgehäusen einen nicht unerheblichen Störeinfluss auf die Abströmung von der Turbine. A class of turbines is also operated with a bypass, often referred to as a wastegate conduit, which opens downstream of the turbine. The exhaust gas mass flow past the turbine, for example because of the wastegate boost pressure control in a turbocharger turbine, has to be merged with the expanded gas of the outflow behind the turbine. This combination causes a not inconsiderable disturbing influence on the outflow from the turbine in the case of the commonly used exit casings.

Im Dokument DE 197 08 000 A1 wird ein Turbolader in einem Gehäuse mit einer Umgehungsleitung der Turbine beschrieben. Die Turbine weist eine Spiralabströmung auf. Der Turbine ist ein ringförmiges Düsenelement als Austrittsdiffusor nachgeordnet, welches am Gehäuse befestigt ist. Die Umgehungsleitung umfasst eine Spiralrillenpassage, die um die äußere Umfangsoberfläche des Düsenelements gebildet ist, und wird an der äußeren Umfangsoberfläche vorbeigeführt. Dem durch die Umgehungsleitung geführten Abgasmassenstrom wird in der Folge eine Spiralströmung aufgeprägt, welche dieselbe Drehrichtung wie die Spiralabströmung der Turbine aufweist. In Konsequenz wird eine Störung der Abströmung durch den die Turbine umgehenden Abgasmassenstrom verringert. In the document DE 197 08 000 A1 a turbocharger is described in a housing with a bypass line of the turbine. The turbine has a spiral outflow. The turbine is arranged downstream of an annular nozzle element as an outlet diffuser, which is attached to the housing. The bypass passage includes a spiral groove passage formed around the outer peripheral surface of the nozzle member, and is guided past the outer peripheral surface. The exhaust gas mass flow passed through the bypass line is subsequently imparted with a spiral flow which has the same direction of rotation as the spiral outflow of the turbine. As a consequence, a disturbance of the outflow is reduced by the exhaust gas mass flow bypassing the turbine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Störeinflüsse auf die Abströmung von einer Turbine zu verringern. The object of the present invention is to reduce disturbances on the outflow from a turbine.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Turbinenanordnung für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert. This object is achieved by a turbine arrangement for an internal combustion engine with the features of claim 1. Advantageous developments of the invention are characterized in the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Turbinenanordnung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine aufladbare Brennkraftmaschine, weist wenigstens eine Fluidleitung, eine in der Fluidleitung angeordneten Turbine und eine Umgehungsleitung, welche von der Fluidleitung stromauf der Turbine abzweigt und in die Fluidleitung stromab der Turbine mündet, auf. Eine Einmündungsstelle der Umgehungsleitung erstreckt sich nur über einen Azimutalwinkelbereich der Fluidleitung. Die Fluidleitung weist in Richtung stromab der Turbine eine unstetige Öffnungsrate im Azimutalwinkelbereich der Einmündungsstelle auf. A turbine arrangement according to the invention for an internal combustion engine, in particular a rechargeable internal combustion engine, has at least one fluid line, a turbine disposed in the fluid line and a bypass line, which branches off from the fluid line upstream of the turbine and opens into the fluid line downstream of the turbine. A junction of the bypass line extends only over an azimuthal angle region of the fluid line. The fluid line has a discontinuous opening rate in the azimuthal angle region of the junction in the direction downstream of the turbine.

Mit der erfindungsgemäßen Ausführung wird eine strömungsgünstige Zusammenführung der Turbinenabströmung und der Umgehungsleitungsströmung weiter stromabwärts des Turbinenaustritts durch eine Unterteilung der Strömungskanals realisiert. Die Unterteilung lässt sich durch den (in Bezug auf die Rotationssymmetrie der Turbine unsymmetrisch ausgeführten Turbinenkanal mit einer unstetigen Öffnungsrate charakterisieren. Anders gesagt, die Fluidleitung öffnet sich sprungartig an oder durch die Einmündungsstelle der Umgehungsleitung in die Fluidleitung. Durch die Unterteilung der Fluidleitung und der Umgehungsleitung werden Störungen der Turbinenabströmung verringert oder verhindert. Durch den reduzierten Strömungswiderstand steigt der Wirkungsgrad, der Druckrückgewinn wird erhöht. With the embodiment according to the invention, a streamlined merging of the turbine outflow and the bypass line flow is realized further downstream of the turbine outlet by subdividing the flow channel. The subdivision can be characterized by the discontinuous rate of the turbine duct (asymmetrically designed with respect to the rotational symmetry of the turbine), in other words, the fluid conduit opens abruptly at or through the junction of the bypass into the fluid conduit by subdividing the fluid conduit and the bypass conduit Turbine effluent faults are reduced or prevented, the reduced flow resistance increases the efficiency and the pressure recovery is increased.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführung wird die negative Wirkung eines Stoßdiffusors vermieden. Der Wirkungsgrad der Turbine wird weniger in Mitleidenschaft gezogen. Anders gesagt, erfindungsgemäß ist eine Leistungssteigerung eines Austrittsdiffusors ermöglicht. Diese ist besonders im Hinblick auf die bauraumbedingten Anforderungen unter relativ niedriger axialer Baulänge, gerade für Turboladerturbinen von Brennkraftmaschinen, vorteilhaft. Due to the design according to the invention, the negative effect of a shock diffuser is avoided. The efficiency of the turbine is less affected. In other words, according to the invention, an increase in output of an outlet diffuser is made possible. This is particularly in view of the space requirements due to a relatively low axial length, especially for turbocharger turbines of internal combustion engines, advantageous.

In besonders vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Turbinenanordnung weist die Umgehungsleitung an der Einmündungsstelle eine Öffnung mit nicht-rotationssymmetrischer Kontur auf. Des Weiteren oder alternativ dazu mündet die Umgehungsleitung in die Fluidleitung in einem spitzen Winkel in Richtung stromab der Turbine. Der Anordnung wird mit einer oder mehrerer dieser Maßnahmen eine dem Strömungsproblem angepasste optimierte Form beziehungsweise Lage gegeben. In particularly advantageous embodiments of the turbine arrangement according to the invention, the bypass line at the confluence point has an opening with non-rotationally symmetrical contour. Further, or alternatively, the bypass line opens into the fluid line at an acute angle in the direction downstream of the turbine. The arrangement becomes one of the flow problem with one or more of these measures adapted optimized shape or position given.

Auch kann die Fluidleitung von Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Turbinenanordnung wenigstens im Bereich der Einmündungsstelle einen sich in Richtung stromab der Turbine monoton vergrößernden Innenquerschnitt aufweisen. Das zusätzlich für das Fluid zur Verfügung gestellte Volumen erleichtert die gewünschte Umwandlung der kinetischen Energie in statische Druckenergie. Also, the fluid line of embodiments of the turbine arrangement according to the invention may have, at least in the region of the junction point, an internal cross section which increases monotonically in the direction downstream of the turbine. The additional volume provided for the fluid facilitates the desired conversion of kinetic energy to static pressure energy.

In einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Turbinenanordnung für eine Brennkraftmaschine ist zusätzlich ein Austrittsdiffusor, auch als Austriffsdiffusionsvorrichtung bezeichnet, vorgesehen: Der Austrittsdiffusor der erfindungsgemäßen Turbinenanordnung ist stromab der Turbine in der Fluidleitung angeordnet. Dabei umfasst der Austrittsdiffusor einen Nabenkörper und die Einmündungsstelle der Umgehungsleitung liegt im Bereich des Nabenkörpers, insbesondere in der Nähe des Nabenkörpers, in der Wand der Fluidleitung. Ein konkretes Verhältnis des Nabenquerschnitts zum damit gekoppelten Flächenverhältnis ist mit Hilfe von numerischen Berechnungen hinsichtlich einer möglichst großen erzielbaren Druckerhöhung unter stabilem Betriebsverhalten auszulegen. In a particularly advantageous further development of the turbine arrangement according to the invention for an internal combustion engine, an outlet diffuser, also referred to as an outlet diffusion device, is additionally provided. The outlet diffuser of the turbine arrangement according to the invention is arranged downstream of the turbine in the fluid line. In this case, the outlet diffuser comprises a hub body and the point of confluence of the bypass line lies in the region of the hub body, in particular in the vicinity of the hub body, in the wall of the fluid line. A concrete ratio of the hub cross-section to the area ratio coupled thereto is to be interpreted with the aid of numerical calculations with regard to the largest possible achievable pressure increase under stable operating behavior.

Bevorzugt weist der Nabenkörper zwei profilierte Streben auf, welche sich in Wesentlichen im Winkelsektor des Azimutalwinkelbereichs, genauer jeweils eine an den Grenzen des Winkelsektors, der Fluidleitung, in welchem sich die Einmündungsstelle befindet, in Richtung Innenwand der Fluidleitung erstrecken. Preferably, the hub body has two profiled struts which extend substantially in the angular sector of the azimuthal angle range, more precisely in each case one at the boundaries of the angular sector, the fluid line, in which the junction is located, in the direction of the inner wall of the fluid line.

Des Weiteren oder alternativ dazu kann der Nabenkörper wenigstens im Bereich der Einmündungsstelle einen sich in Richtung stromab der Turbine monoton erweiternden Außenquerschnitt aufweisen. Die Erweiterung kann insbesondere korreliert zum sich in Richtung stromab der Turbine monoton vergrößernden Innenquerschnitt der Fluidleitung erfolgen. Furthermore or alternatively, the hub body may have, at least in the region of the junction, an outer cross-section which extends monotonically in the direction downstream of the turbine. The widening can in particular be correlated to the inner cross section of the fluid line, which increases monotonically in the direction downstream of the turbine.

Aufgrund des erfindungsgemäß unsymmetrischen Turbinenkanals ist der Querschnitt des Nabenkörpers senkrecht zur Hauptströmungsrichtung (oder Orientierung) der Fluidleitung für die Einhaltung der numerisch ermittelte Geometrie variabel gestaltet. Because of the asymmetrical turbine channel according to the invention, the cross section of the hub body is designed to be variable perpendicular to the main flow direction (or orientation) of the fluid line for compliance with the numerically determined geometry.

Es ist darüber hinaus oder alternativ dazu vorteilhaft, wenn der Nabenkörper an seiner der Turbine abgewandten Seite eine Abrisskante hat. Auf diese Weise wird die Nachlaufströmung eingegrenzt. Dieses ist besonders vorteilhaft bei Ausführungsformen mit geringer axialer Baulänge. It is also or alternatively advantageous if the hub body has a tear-off edge on its side facing away from the turbine. In this way, the wake flow is limited. This is particularly advantageous in embodiments with a small axial length.

Zum Einsatz kann eine erfindungsgemäße Turbinenanordnung mit großem Vorteil bei einer Brennkraftmaschine, konkreter bei einer aufladbaren Brennkraftmaschine, gelangen. Mit anderen Worten, bei einer erfindungsgemäßen Turbinenanordnung für eine Brennkraftmaschine kann die Turbine Teil eines Abgasturboladers sein. Der Abgasturbolader kann insbesondere ein Wastegate-Turbolader sein. Die erfindungsgemäß erreichte Leistungssteigerung kann somit für eine Turbine mit einem hochdynamischen Arbeitsbereich genutzt werden. A turbine arrangement according to the invention can be used to great advantage in an internal combustion engine, more specifically in a rechargeable internal combustion engine. In other words, in a turbine arrangement according to the invention for an internal combustion engine, the turbine may be part of an exhaust gas turbocharger. The exhaust gas turbocharger may in particular be a wastegate turbocharger. The power increase achieved according to the invention can thus be used for a turbine with a highly dynamic working range.

Besonders im Hinblick auf eine möglichst platzsparende Integration ist es vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Turbinenanordnung für eine Brennkraftmaschine in einem Gehäuseteil aufgenommen ist. Anders gesagt, die Turbinenanordnung kann integriert, insbesondere einteilig ausgeführt sein. Particularly with a view to space-saving integration, it is advantageous if the turbine arrangement according to the invention for an internal combustion engine is accommodated in a housing part. In other words, the turbine arrangement can be integrated, in particular designed in one piece.

Die Turbine in der erfindungsgemäßen Turbinenanordnung ist bevorzugt eine Gasturbine. The turbine in the turbine arrangement according to the invention is preferably a gas turbine.

Im Zusammenhang des erfinderischen Gedankens steht auch eine aufladbare Brennkraftmaschine. Eine erfindungsgemäße aufladbare Brennkraftmaschine weist wenigstens eine Turbinenanordnung mit Merkmalen oder Merkmalskombinationen gemäß dieser Darstellung auf. Besonders bevorzugt sind die Ausführungsformen, in welchen die Fluidleitung Teil des Abgasstrangs der aufladbaren Brennkraftmaschine ist. In the context of the inventive idea is also a rechargeable internal combustion engine. A rechargeable internal combustion engine according to the invention has at least one turbine arrangement with features or feature combinations according to this representation. Particularly preferred are the embodiments in which the fluid line is part of the exhaust line of the rechargeable internal combustion engine.

Die Brennkraftmaschine kann Teil eines Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines schienenlosen Landkraftfahrzeugs, zum Beispiel eines Personenkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs, sein. The internal combustion engine may be part of a drive assembly of a motor vehicle, in particular a trackless land vehicle, for example a passenger car or a commercial vehicle.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt. Es zeigt im Einzelnen: Further advantages and advantageous embodiments and developments of the invention will be described with reference to the following description with reference to the figures. It shows in detail:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Turbinenanordnung in einer Brennkraftmaschine, 1 a schematic representation of an embodiment of a turbine assembly according to the invention in an internal combustion engine,

2 eine dreidimensionale Ansicht einer vorteilhaften Ausführungsform eines Gehäuseteils der erfindungsgemäßen Turbinenanordnung mit der Einmündungsstelle der Umgehungsleitung, 2 3 shows a three-dimensional view of an advantageous embodiment of a housing part of the turbine arrangement according to the invention with the point of confluence of the bypass line,

3 eine Ansicht der vorteilhaften Ausführungsform der 2 mit Details der Umgehungsleitung, 3 a view of the advantageous embodiment of the 2 with details of the bypass,

4 eine Ansicht der vorteilhaften Ausführungsform der 2 aus Richtung stromab der Turbine, und 4 a view of the advantageous embodiment of the 2 from the direction downstream of the turbine, and

5 ein Schnittbild entlang der Linie A-A der in der 4 gezeigten Ansicht. 5 a sectional view along the line AA in the 4 shown view.

In der 1 ist schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Turbinenanordnung 10 in einer aufladbaren Brennkraftmaschine 12 dargestellt. Die Turbinenanordnung 10 umfasst eine Fluidleitung 14, in welcher eine Turbine 16 angeordnet ist, und eine Umgehungsleitung 18, welche von der Fluidleitung 14 stromauf der Turbine 16 abzweigt und in die Fluidleitung 14 stromab der Turbine 16 mündet. Nicht im Detail zeichnerisch dargestellt, ist eine Vorrichtung zur Regelung des Massenstroms durch die Umgehungsleitung 18. Die Turbinenanordnung 10 bildet zusammen mit einem von der Turbine 16 angetriebenen Verdichter 24 einen Abgasturboladers 20 der Brennkraftmaschine 12. Sie befindet sich in einem Gehäuse 22. Alternativ zur zeichnerischen Darstellung kann der Verdichter 24 auch in einem Gehäuse 22 für den gesamten Abgasturbolader 20 aufgenommen sein. In the 1 schematically is an embodiment of a turbine arrangement according to the invention 10 in a rechargeable internal combustion engine 12 shown. The turbine arrangement 10 includes a fluid line 14 in which a turbine 16 is arranged, and a bypass line 18 which from the fluid line 14 upstream of the turbine 16 branches off and into the fluid line 14 downstream of the turbine 16 empties. Not shown in detail in the drawing, is a device for controlling the mass flow through the bypass line 18 , The turbine arrangement 10 forms together with one of the turbine 16 driven compressor 24 an exhaust gas turbocharger 20 the internal combustion engine 12 , It is located in a housing 22 , Alternatively to the graphic representation of the compressor 24 also in a housing 22 for the entire turbocharger 20 be included.

Der Verdichter 24 befindet sich in einem Frischgasstrang 26. Der Verdichter 24 kann in bestimmten Ausführungsformen ebenfalls eine Umgehungsleitung aufweisen. Gegebenenfalls verdichtetes Frischgas wird über ein Saugrohr 28 des Frischgasstrangs 26 dem Motor 30, hier beispielhaft eine Hubkolbenmaschine mit vier Zylindern (durch die Kreise symbolisiert), zugeführt. Der Motor 30 kann aufgeladen betrieben werden. Abgas wird vom Motor 30 der Brennkraftmaschine 12 über einen Abgasstrang 34, konkret zunächst über einen Abgaskrümmer 32 und dann über die Fluidleitung 14 abgeführt. Das Abgas treibt die Turbine 16 der erfindungsgemäßen Turbinenanordnung 10. The compressor 24 is located in a fresh gas train 26 , The compressor 24 may also have a bypass in certain embodiments. If necessary, compressed fresh gas is via a suction pipe 28 of the fresh gas line 26 the engine 30 , here exemplified a reciprocating engine with four cylinders (symbolized by the circles) fed. The motor 30 can be operated charged. Exhaust gas is from the engine 30 the internal combustion engine 12 via an exhaust system 34 , in concrete terms, initially via an exhaust manifold 32 and then over the fluid line 14 dissipated. The exhaust gas drives the turbine 16 the turbine assembly according to the invention 10 ,

Die aufladbare Brennkraftmaschine 12 ist in der in der 1 gezeigten Ausführungsform ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs. The rechargeable internal combustion engine 12 is in the in the 1 shown embodiment, a drive unit of a motor vehicle.

Die 2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer vorteilhaften Ausführungsform eines Gehäuseteils 38 der erfindungsgemäßen Turbinenanordnung 10 mit der Einmündungsstelle 40 der Umgehungsleitung 18 in die Fluidleitung 14 stromab der hier nicht zeichnerisch dargestellten Turbine. Die Einmündungsstelle 40 ist nicht vollständig rotationssymmetrisch (nicht 360 Grad Azimutalwinkel) um die Haupterstreckungsrichtung der Fluidleitung 14 herum angeordnet, sondern erstreckt sich nur auf einem Azimutalwinkelsegment, im Azimutalwinkelbereich 42 der Fluidleitung. Dieser Azimutalwinkelbereich 42 hat eine Winkelgröße kleiner als 180 Grad, insbesondere kleiner als 90 Grad, bevorzugt kleiner als 60 Grad. Des Weiteren ist in dieser Ausführungsform ein Austrittsdiffusor 44 im Gehäuseteil 38 angeordnet. Der Austrittsdiffusor 44 umfasst einen Nabenkörper 46, welcher zentral in der Fluidleitung 14 angeordnet ist. Zwei Streben 48 erstrecken sich vom Nabenkörper 46 zur inneren Wand des Gehäuseteils 38. Die Streben 48 verlaufen in etwa in Richtung der Azimutalwinkel der Endpunkte des Azimutalwinkelbereichs 42 der Einmündungsstelle 40 der Umgehungsleitung 18. The 2 shows a three-dimensional view of an advantageous embodiment of a housing part 38 the turbine assembly according to the invention 10 with the junction 40 the bypass 18 in the fluid line 14 downstream of the turbine not shown here. The junction 40 is not completely rotationally symmetric (not 360 degrees azimuthal angle) about the main direction of extension of the fluid conduit 14 but extends only on an azimuthal angle segment, in the azimuthal angle range 42 the fluid line. This azimuthal angle range 42 has an angular size less than 180 degrees, in particular less than 90 degrees, preferably less than 60 degrees. Furthermore, in this embodiment, an outlet diffuser 44 in the housing part 38 arranged. The outlet diffuser 44 includes a hub body 46 , which centrally in the fluid line 14 is arranged. Two aspirations 48 extend from the hub body 46 to the inner wall of the housing part 38 , The aspiration 48 extend approximately in the direction of the azimuthal angle of the end points of the azimuthal angle range 42 the confluence point 40 the bypass 18 ,

Die 3 zeigt Details der Umgehungsleitung 18 der vorteilhaften Ausführungsform der 2. In dieser Darstellung ist erkennbar, dass die Umgehungsleitung 18 unter einem Zuführwinkel 50 an die Fluidleitung 14 gelangt und in diese im Azimutalwinkelbereich 42 mündet. Der Zuführwinkel 50 ist in dieser Ausführungsform ein spitzer Winkel, insbesondere kleiner als 45 Grad, bevorzugt kleiner als 30 Grad. Auf diese Weise werden starke Richtungsänderung der Strömung in der Umgehungsleitung 18 vermieden. The 3 shows details of the bypass 18 the advantageous embodiment of the 2 , In this illustration, it can be seen that the bypass line 18 under a feeding angle 50 to the fluid line 14 enters and in this azimuthal angle range 42 empties. The feed angle 50 in this embodiment is an acute angle, in particular less than 45 degrees, preferably less than 30 degrees. In this way, strong directional change of the flow in the bypass line 18 avoided.

In 4 ist eine Ansicht der vorteilhaften Ausführungsform der 2 aus Richtung stromab der Turbine zu sehen. In der Fluidleitung 14, in welche die Umgehungsleitung 18 an der Einmündungsstelle 40 mündet, ist der Nabenkörper 46 mit den zwei Streben 48 gezeigt. Das Gehäuseteil 38 und dessen angesprochene innere Struktur sind spiegelsymmetrisch zur sich senkrecht zum Zeichnungsblatt erstreckende Ebene, in welcher die Linie A-A liegt. In 4 is a view of the advantageous embodiment of 2 seen from the direction downstream of the turbine. In the fluid line 14 into which the bypass line 18 at the confluence point 40 opens, is the hub body 46 with the two struts 48 shown. The housing part 38 and its mentioned internal structure are mirror-symmetrical to the perpendicular to the drawing sheet extending plane in which the line AA lies.

Die 5 ist ein Schnittbild entlang der Linie A-A der in der 4 gezeigten Ansicht. Die Fluidleitung 14 erstreckt sich vom linken Teil der 5 (stromaufwärts) zum rechten Teil der 5 (stromabwärts) im Gehäuseteil 38 mit einem sich monoton vergrößernden Innenquerschnitt von einem ersten Innenquerschnitt 52 zu einem zweiten Innenquerschnitt 54. Der zweite Innenquerschnitt 54 ist deutlich größer als der erste Innenquerschnitt 52. Bevorzugt kann er größer als das 1,5 fache, bevorzugt größer als das 1,8 fache des ersten Innenquerschnitts 52 sein. Diese Aufweitung der Fluidleitung 14 erfolgt auf einer Längsstrecke, die etwa doppelt so groß wie der erste Innenquerschnitt 52 ist. Der Nabenkörper 46 mit den Streben 48 weist ebenfalls einen sich in Richtung stromab der Turbine monoton erweiternden Querschnitt, genauer Außenquerschnitt, auf: Er erweitert sich von einem ersten Außenquerschnitt 56 zu einem zweiten Außenquerschnitt 58. Der zweite Außenquerschnitt 58 ist an der Abrisskante 60 erreicht. The 5 is a sectional view along the line AA in the 4 shown view. The fluid line 14 extends from the left part of the 5 (upstream) to the right of the 5 (downstream) in the housing part 38 with a monotonically increasing inner cross section of a first inner cross section 52 to a second inner cross section 54 , The second inner cross section 54 is significantly larger than the first inner cross section 52 , It may preferably be greater than 1.5 times, preferably greater than 1.8 times, the first internal cross section 52 be. This expansion of the fluid line 14 takes place on a longitudinal section, which is about twice as large as the first inner cross section 52 is. The hub body 46 with the struts 48 also has a monotonically extending in the direction downstream of the turbine cross-section, precisely outer cross-section, it extends from a first outer cross-section 56 to a second outer cross section 58 , The second outer cross section 58 is at the trailing edge 60 reached.

Die Erweiterung des Außenquerschnitts des Nabenkörpers 46 erfolgt im Wesentlichen über dieselbe Längsstrecke der Fluidleitung 14, über welche sich deren Innenquerschnitt erweitert. Darüber hinaus erweitert sich der Außenquerschnitt in dem Maße, wie sich der Innenquerschnitt erweitert. Anders gesagt, der Abstand zwischen der Außenfläche des Nabenkörpers 46 und der Innenfläche des Gehäuseteil 38 bleibt im Wesentlichen konstant über die Längsstrecke der Erweiterung. The extension of the outer cross section of the hub body 46 takes place essentially over the same longitudinal section of the fluid line 14 over which the inner cross-section widens. In addition, the outer cross section widens as the inner cross section widens. In other words, the distance between the outer surface of the hub body 46 and the inner surface of the housing part 38 remains essentially constant over the length of the extension.

Einzige erfindungsgemäße Ausnahme dazu bildet die Einmündungsstelle 40 der Umgehungsleitung 18: Hier weist die Fluidleitung 14 in Richtung stromab der Turbine eine unstetige Öffnungsrate im Azimutalwinkelbereich der Einmündungsstelle 40 auf. Diese Unstetigkeit ist von der sprunghaften Erweiterung an der Sprungstrecke 62 bewirkt. Die Umgehungsleitung 18 mündet in die Fluidleitung 14 in einem spitzen Winkel in Richtung, bevorzugt im Wesentlich parallel zur Richtung der Erstreckung der Fluidleitung 14. The only exception according to the invention forms the point of confluence 40 the bypass 18 : Here the fluid line points 14 in the direction downstream of the turbine a discontinuous opening rate in Azimutalwinkelbereich the confluence 40 on. This discontinuity is due to the jump in the jump 62 causes. The bypass line 18 opens into the fluid line 14 at an acute angle in the direction, preferably substantially parallel to the direction of extension of the fluid line 14 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10
Turbinenanordnung turbine assembly
12 12
Brennkraftmaschine Internal combustion engine
14 14
Fluidleitung fluid line
16 16
Turbine turbine
18 18
Umgehungsleitung bypass line
20 20
Abgasturbolader turbocharger
22 22
Gehäuse casing
24 24
Verdichter compressor
26 26
Frischgasstrang Fresh gas line
28 28
Saugrohr suction tube
30 30
Motor engine
32 32
Abgaskrümmer exhaust manifold
34 34
Abgasstrang exhaust gas line
36 36
Kraftfahrzeug motor vehicle
38 38
Gehäuseteil housing part
40 40
Einmündungsstelle junction point
42 42
Azimutalwinkelbereich Azimuthal angle calibration
44 44
Austrittsdiffusor outlet diffuser
46 46
Nabenkörper hub body
48 48
Strebe strut
50 50
Zuführwinkel feeding angle
52 52
erster Innenquerschnitt first inner cross section
54 54
zweiter Innenquerschnitt second inner cross section
56 56
erster Außenquerschnitt first outer cross section
58 58
zweiter Außenquerschnitt second outer cross section
60 60
Abrisskante tear-off edge
62 62
Sprungstrecke jump distance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19708000 A1 [0004] DE 19708000 A1 [0004]

Claims (10)

Turbinenanordnung (10) für eine Brennkraftmaschine (12), mit wenigstens einer Fluidleitung (14), einer in der Fluidleitung (14) angeordneten Turbine (16) und einer Umgehungsleitung (18), welche von der Fluidleitung (14) stromauf der Turbine (16) abzweigt und in die Fluidleitung (14) stromab der Turbine (16) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Einmündungsstelle (40) der Umgehungsleitung (18) nur über einen Azimutalwinkelbereich (42) der Fluidleitung (14) erstreckt und die Fluidleitung (14) in Richtung stromab der Turbine (16) eine unstetige Öffnungsrate im Azimutalwinkelbereich (42) der Einmündungsstelle (40) aufweist. Turbine arrangement ( 10 ) for an internal combustion engine ( 12 ), with at least one fluid line ( 14 ), one in the fluid line ( 14 ) arranged turbine ( 16 ) and a bypass ( 18 ), which from the fluid line ( 14 ) upstream of the turbine ( 16 ) branches off and into the fluid line ( 14 ) downstream of the turbine ( 16 ), characterized in that a junction ( 40 ) of the bypass ( 18 ) only over an azimuthal angle range ( 42 ) of the fluid line ( 14 ) and the fluid line ( 14 ) in the direction downstream of the turbine ( 16 ) a discontinuous opening rate in the azimuthal angle range ( 42 ) of the confluence point ( 40 ) having. Turbinenanordnung (10) für eine Brennkraftmaschine (12) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgehungsleitung (18) an der Einmündungsstelle (40) eine Öffnung mit nicht-rotationssymmetrischer Kontur aufweist und/oder in die Fluidleitung (14) in einem spitzen Winkel in Richtung stromab der Turbine (16) mündet. Turbine arrangement ( 10 ) for an internal combustion engine ( 12 ) according to claim 1, characterized in that the bypass ( 18 ) at the point of interchange ( 40 ) has an opening with non-rotationally symmetrical contour and / or in the fluid line ( 14 ) at an acute angle in the direction downstream of the turbine ( 16 ) opens. Turbinenanordnung (10) für eine Brennkraftmaschine (12) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (14) wenigstens im Bereich der Einmündungsstelle (40) einen sich in Richtung stromab der Turbine monoton vergrößernden Innenquerschnitt aufweist. Turbine arrangement ( 10 ) for an internal combustion engine ( 12 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the fluid line ( 14 ) at least in the area of the confluence point ( 40 ) has a monotonically increasing in the direction downstream of the turbine inner cross-section. Turbinenanordnung (10) für eine Brennkraftmaschine (12) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, durch einen Austrittsdiffusor (44), welcher stromab der Turbine (16) in der Fluidleitung (14) angeordnet ist, wobei der Austrittsdiffusor (44) einen Nabenkörper (46) umfasst und die Einmündungsstelle (40) der Umgehungsleitung (18) im Bereich des Nabenkörpers (46) liegt. Turbine arrangement ( 10 ) for an internal combustion engine ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized by an outlet diffuser ( 44 ), which downstream of the turbine ( 16 ) in the fluid line ( 14 ), wherein the outlet diffuser ( 44 ) a hub body ( 46 ) and the point of interchange ( 40 ) of the bypass ( 18 ) in the region of the hub body ( 46 ) lies. Turbinenanordnung (10) für eine Brennkraftmaschine (12) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenkörper (46) zwei profilierte Streben (48) aufweist, welche sich in Wesentlichen im Winkelsektor des Azimutalwinkelbereichs (42) der Fluidleitung (14), in welchem sich die Einmündungsstelle (40) befindet, in Richtung Innenwand der Fluidleitung (14) erstrecken. Turbine arrangement ( 10 ) for an internal combustion engine ( 12 ) according to claim 4, characterized in that the hub body ( 46 ) two profiled struts ( 48 ) substantially in the angular sector of the azimuthal angle range ( 42 ) of the fluid line ( 14 ), in which the confluence point ( 40 ), in the direction of the inner wall of the fluid line ( 14 ). Turbinenanordnung (10) für eine Brennkraftmaschine (12) gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenkörper (46) wenigstens im Bereich der Einmündungsstelle (40) einen sich in Richtung stromab der Turbine (16) monoton erweiternden Außenquerschnitt und/oder an seiner der Turbine (16) abgewandten Seite eine Abrisskante (60) aufweist. Turbine arrangement ( 10 ) for an internal combustion engine ( 12 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the hub body ( 46 ) at least in the area of the confluence point ( 40 ) one in the direction downstream of the turbine ( 16 ) monotonically widening outer cross-section and / or at its the turbine ( 16 ) facing away from a spoiler edge ( 60 ) having. Turbinenanordnung (10) für eine Brennkraftmaschine (12) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (16) Teil eines Abgasturboladers (20) ist. Turbine arrangement ( 10 ) for an internal combustion engine ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the turbine ( 16 ) Part of an exhaust gas turbocharger ( 20 ). Turbinenanordnung (10) für eine Brennkraftmaschine (12) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenanordnung (10) in einem Gehäuseteil (22, 38) aufgenommen ist. Turbine arrangement ( 10 ) for an internal combustion engine ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the turbine arrangement ( 10 ) in a housing part ( 22 . 38 ) is recorded. Aufladbare Brennkraftmaschine (12), dadurch gekennzeichnet, durch wenigstens eine Turbinenanordnung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche. Rechargeable internal combustion engine ( 12 ), characterized by at least one turbine arrangement ( 10 ) according to one of the preceding claims. Aufladbare Brennkraftmaschine (12) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (14) Teil des Abgasstrangs (34) der Brennkraftmaschine (12) ist. Rechargeable internal combustion engine ( 12 ) according to claim 9, characterized in that the fluid line ( 14 ) Part of the exhaust line ( 34 ) of the internal combustion engine ( 12 ).
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