DE102015011146A1 - Turbine for an exhaust gas turbocharger - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Turbine für einen Abgasturbolader, mit einem von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Turbinengehäuse (12), welches zumindest zwei zumindest bereichsweise fluidisch voneinander getrennte und von dem Abgas durchströmbare Fluten (14, 16) und zumindest eine Überströmöffnung (18) aufweist, über welche die Fluten (14, 16) fluidisch miteinander verbindbar sind, mit einem in dem Turbinengehäuse (12) drehbar aufgenommenen und von dem Abgas antreibbaren Turbinenrad, mit wenigstens einem Umgehungskanal, über welchen das Turbinenrad zumindest von einem Teil des Abgases zu umgehen ist, und mit einem um eine Drehachse (22) relativ zu dem Turbinengehäuse (12) drehbaren Ventilelement (10), welches einen Ventilkörper (24) aufweist, mittels welchem eine den Umgehungskanal durchströmende erste Menge des Abgases und eine die Überströmöffnung (18) durchströmende zweite Menge des Abgases einstellbar sind, wobei der Ventilkörper (24) als Ringsegment ausgebildet, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse (22) liegt.The invention relates to a turbine for an exhaust gas turbocharger, comprising a turbine housing (12) through which at least two fluidically separated fluid passages (14, 16) and at least one overflow opening (18) can flow which the fluids (14, 16) are fluidically connectable to each other, with a in the turbine housing (12) rotatably received and driven by the exhaust turbine wheel, with at least one bypass passage through which the turbine wheel at least to avoid a part of the exhaust gas, and with a valve element (10) rotatable about an axis of rotation (22) relative to the turbine housing (12), having a valve body (24) by means of which a first quantity of the exhaust gas flowing through the bypass channel and a second quantity flowing through the bypass opening (18) Exhaust gases are adjustable, wherein the valve body (24) as Ringseg formed, whose center lies on the axis of rotation (22).
Description
Die Erfindung betrifft eine Turbine für einen Abgasturbolader.The invention relates to a turbine for an exhaust gas turbocharger.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau ist es bekannt, Verbrennungskraftmaschinen zum Antreiben von Kraftwagen mit Abgasturboladern auszustatten, um einen effizienten Betrieb der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine zu realisieren. Ein solcher Abgasturbolader umfasst eine von Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbare Turbine sowie einen von der Turbine antreibbaren Verdichter zum Verdichten von Luft. Die mittels des Verdichters verdichtete Luft kann der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden. Da der Verdichter von der Turbine und die Turbine von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist, kann im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden.From the general state of the art and in particular from mass-produced vehicles, it is known to equip internal combustion engines for driving motor vehicles with exhaust gas turbochargers in order to realize efficient operation of the respective internal combustion engine. Such an exhaust gas turbocharger comprises a turbine drivable by exhaust gas of the internal combustion engine and a compressor drivable by the turbine for compressing air. The compressed by means of the compressor air can be supplied to the internal combustion engine. Since the compressor of the turbine and the turbine of the exhaust gas of the internal combustion engine is drivable, energy contained in the exhaust gas can be used to compress the air.
Üblicherweise weist eine solche Turbine ein Turbinengehäuse und ein im Turbinengehäuse drehbar aufgenommenes Turbinenrad sowie einen Umgehungskanal auf, über welchen zumindest ein Teil des Abgases das Turbinenrad umgehen kann. Dies bedeutet, dass das den Umgehungskanal durchströmende Abgas das Turbinenrad nicht anströmt und demzufolge nicht antreibt. Der Umgehungskanal wird auch als Wastegate oder Bypass bezeichnet und wird insbesondere dazu genutzt, den Ladedruck des Abgasturboladers einzustellen.Typically, such a turbine has a turbine housing and a turbine wheel rotatably received in the turbine housing and a bypass passage, via which at least a portion of the exhaust gas can bypass the turbine wheel. This means that the exhaust gas flowing through the bypass channel does not flow against the turbine wheel and consequently does not drive. The bypass channel is also referred to as wastegate or bypass and is used in particular to adjust the boost pressure of the exhaust gas turbocharger.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Turbine für einen Abgasturbolader zu schaffen, wobei sich ein besonders vorteilhafter Betrieb der Turbine realisieren lässt.Object of the present invention is to provide a turbine for an exhaust gas turbocharger, with a particularly advantageous operation of the turbine can be realized.
Diese Aufgabe wird durch eine Turbine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a turbine having the features of
Die erfindungsgemäße Turbine für einen Abgasturbolader, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben eines Kraftwagens, weist ein von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbares Turbinengehäuse mit zumindest zwei zumindest bereichsweise fluidisch voneinander getrennten und von dem Abgas durchströmbaren Fluten auf. Das Turbinengehäuse weist somit die Fluten sowie zumindest eine Überströmöffnung auf, über welche die Fluten fluidisch miteinander verbindbar sind. Die Turbine umfasst ferner ein in dem Turbinengehäuse drehbar aufgenommenes und von dem Abgas antreibbares Turbinenrad. Ferner weist die Turbine wenigstens einen Umgehungskanal auf, über welchen das Turbinenrad zumindest von einem Teil des Abgases zu umgehen ist. Das den Umgehungskanal durchströmende Abgas umgeht das Turbinenrad und strömt das Turbinenrad nicht an, sodass demzufolge das Turbinenrad von dem den Umgehungskanal durchströmenden Abgas nicht angetrieben wird.The turbine according to the invention for an exhaust gas turbocharger, in particular an internal combustion engine for driving a motor vehicle, has a turbine housing through which exhaust gas of the internal combustion engine can flow with at least two at least partially fluidically separated from each other and flowed through by the exhaust floods. The turbine housing thus has the floods and at least one overflow opening, via which the floods can be fluidly connected to one another. The turbine further comprises a turbine wheel rotatably received in the turbine housing and driven by the exhaust gas turbine. Furthermore, the turbine has at least one bypass channel over which the turbine wheel is to bypass at least part of the exhaust gas. The exhaust gas flowing through the bypass passage bypasses the turbine wheel and does not flow to the turbine wheel, and accordingly, the turbine wheel is not driven by the exhaust gas flowing through the bypass passage.
Darüber hinaus umfasst die Turbine ein um eine Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse drehbares Ventilelement, welches einen Ventilkörper aufweist, mittels welchem eine den Umgehungskanal durchströmende erste Menge des Abgases und eine die Überströmöffnung durchströmende zweite Menge des Abgases einstellbar sind. Beispielsweise sind der Umgehungskanal und/oder die Überströmöffnung mittels des Ventilkörpers fluidisch versperrbar, sodass kein Abgas den Umgehungskanal beziehungsweise die Überströmöffnung durchströmen kann. Der Ventilkörper ist dabei als Ringsegment ausgebildet, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse liegt.In addition, the turbine comprises a rotatable about an axis of rotation relative to the turbine housing valve member having a valve body, by means of which a bypass passage flowing through the first amount of the exhaust gas and the overflow opening flowing through a second amount of the exhaust gas can be adjusted. For example, the bypass channel and / or the overflow opening can be fluidly blocked by means of the valve body, so that no exhaust gas can flow through the bypass channel or the overflow opening. The valve body is designed as a ring segment, the center of which lies on the axis of rotation.
Der Vorgang, dass Abgas durch den Umgehungskanal strömt, wird auch als Abblasen bezeichnet, da das den Umgehungskanal durchströmende Abgas das Turbinenrad nicht antreibt, sodass in dem den Umgehungskanal durchströmenden Abgas enthaltene Energie nicht zum Antreiben des Turbinenrads genutzt wird. Da mittels des Ventilelements die den Umgehungskanal durchströmende erste Menge des Abgases einstellbar ist, kann das Abblasen, das auch als Abblasung bezeichnet wird, mittels des Ventilelements eingestellt werden. Ferner wird das Ventilelement genutzt, um die zweite Menge und somit die Verbindung der Fluten einzustellen. Dem Ventilelement kommt somit eine Doppelfunktion zu, da es einerseits zum Einstellen der ersten Menge sowie andererseits zum Einstellen der zweiten Menge genutzt wird. Aufgrund dieser Doppelfunktion können die Teileanzahl und somit das Gewicht und der Bauraumbedarf der Turbine gering gehalten werden, sodass ein besonders vorteilhafter und effizienter Betrieb der Turbine realisierbar ist.The process of passing exhaust gas through the bypass passage is also referred to as exhaust because the exhaust gas flowing through the bypass passage does not drive the turbine wheel, so that energy contained in exhaust gas flowing through the bypass passage is not used to drive the turbine wheel. Since by means of the valve element, the first amount of the exhaust gas flowing through the bypass channel is adjustable, the blow-off, which is also referred to as blow-off, can be adjusted by means of the valve element. Furthermore, the valve element is used to adjust the second amount and thus the connection of the floods. The valve element thus has a dual function, since it is used on the one hand to set the first quantity and on the other hand to adjust the second quantity. Because of this dual function, the number of parts and thus the weight and the space requirement of the turbine can be kept low, so that a particularly advantageous and efficient operation of the turbine can be realized.
Durch die Ausgestaltung des Ventilkörpers als Ringsegment, dessen Mittelpunkt beziehungsweise Zentrum auf der Drehachse liegt, kann zudem ein besonders vorteilhafter und effizienter Betrieb der Turbine realisiert werden, da die den Umgehungskanal durchströmende erste Menge gering gehalten werden kann, während die Fluten besonders stark miteinander verbunden werden können und demzufolge eine hohe zweite Menge eingestellt werden kann. Mit anderen Worten ist es möglich, durch die Ausgestaltung des Ventilkörpers als Ringsegment das Verbinden der Fluten stärker zu gewichten als das Freigeben des Umgehungskanals, wenn das Ventilelement und somit der Ventilkörper um die Drehachse gedreht werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich ein besonders effizienter Betrieb der Turbine realisieren lässt, wenn die Überströmöffnung besonders weit freigegeben wird und somit die Fluten besonders stark miteinander verbunden werden, während gleichzeitig das Abblasen so gering wie möglich gehalten wird. Durch das fluidische Verbinden der Fluten kann beispielsweise eine Stauaufladung der Turbine eingestellt werden.Due to the design of the valve body as a ring segment whose center or center is located on the axis of rotation, also a particularly advantageous and efficient operation of the turbine can be realized because the inflow through the first channel first amount can be kept low, while the floods are particularly strongly interconnected and consequently a high second amount can be set. In other words, by configuring the valve body as a ring segment, it is possible to more strongly balance the connection of the floods than the release of the bypass passage when the valve element and thus the valve body are rotated about the rotation axis. The invention is based on the finding that a particularly efficient operation of the turbine can be realized if the overflow opening is released particularly widely and thus the floods are particularly strongly interconnected, while at the same time blowing is kept as low as possible. By fluidically connecting the floods, for example, a congestion charging of the turbine can be set.
Es ist denkbar, dass in wenigstens einer Schließstellung des Ventilelements und somit des Ventilkörpers die Überströmöffnung mittels des Ventilkörpers fluidisch versperrt ist, sodass die Fluten auch im Bereich der Überströmöffnung voneinander getrennt sind. Dadurch kann beispielsweise eine Stoßaufladung der Turbine eingestellt werden. Durch die genannte und durch die entsprechende Ausgestaltung des Ventilkörpers als Ringsegment realisierbare, unterschiedliche Gewichtung des Abblasens und des Verbindens der Fluten, wobei das Verbinden der Fluten betont wird beziehungsweise stärker gewichtet wird als das Abblasen, ist es möglich, bedarfsgerecht zwischen der Stoßaufladung und der Stauaufladung umzuschalten, während die den Umgehungskanal durchströmende erste Menge, das heißt das Abblasen, besonders gering gehalten werden kann. Somit kann die Problematik vermieden oder zumindest gering gehalten werden, dass mit zunehmender Flutenverbindung auch ein übermäßiges, zunehmendes Freigeben des Umgehungskanals erfolgt.It is conceivable that in at least one closed position of the valve element and thus of the valve body, the overflow opening is fluidly blocked by means of the valve body, so that the floods are separated from each other in the region of the overflow. As a result, for example, an impact charging of the turbine can be set. By the mentioned and by the corresponding design of the valve body as a ring segment realizable, different weighting of the blow-off and connecting the floods, wherein the connecting the floods is emphasized or weighted more than the blow-off, it is possible to demand between the shock charging and the accumulation charge to switch, while the bypass passage flowing through the first amount, that is, the blow-off, can be kept particularly low. Thus, the problem can be avoided or at least minimized that with increasing flood connection also takes an excessive, increasing release of the bypass channel.
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 shown alone in the figures 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:
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.
Die Turbine weist ein in
Das Turbinenrad ist Bestandteil eines Rotors des Abgasturboladers, wobei der Rotor auch eine Welle und ein Verdichterrad des Verdichters umfasst. Dabei umfasst der Verdichter ein Verdichtergehäuse, in welchem das Verdichterrad drehbar aufgenommen ist. Das Turbinenrad und das Verdichterrad sind dabei drehfest mit der Welle verbunden, sodass das Verdichterrad über die Welle von dem Turbinenrad antreibbar ist.The turbine wheel is part of a rotor of the exhaust gas turbocharger, wherein the rotor also comprises a shaft and a compressor wheel of the compressor. In this case, the compressor comprises a compressor housing in which the compressor wheel is rotatably received. The turbine wheel and the compressor wheel are non-rotatably connected to the shaft so that the compressor wheel can be driven by the turbine wheel via the shaft.
Besonders gut aus
Im fertig hergestellten Zustand der Turbine ist das Ventilelement
Hierzu weist das Ventilelement
Um nun einen besonders effizienten beziehungsweise vorteilhaften Betrieb der Turbine zu realisieren, ist der Ventilkörper
Durch die Ausgestaltung des Ventilkörpers
Die Abblasefläche, welche von dem Abgas durchströmbar ist und über welche das Abgas in den Umgehungskanal einströmen kann, ist beispielsweise ein Spalt zwischen einer in
Durch weiteres Bewegen des Ventilkörpers
Die Ausgestaltung des Ventilkörpers
Bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch die Fluten
Besonders gut aus
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Ventilelementvalve element
- 1212
- Turbinengehäuseturbine housing
- 1414
- Flutflood
- 1616
- Flutflood
- 1818
- Überströmöffnungoverflow
- 2020
- Wellewave
- 2222
- Drehachseaxis of rotation
- 2424
- Ventilkörpervalve body
- 2626
- Zapfenspigot
- 2828
- Wandungwall
- 3030
- außenumfangsseitige Mantelflächeouter peripheral side surface
- 3232
- Dichtflächesealing surface
- 3333
- Kreiscircle
- 3434
- Dichtflächesealing surface
- AA
- Schnittlinieintersection
Claims (4)
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