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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit einem Turbinengehäuse und einer darin angeordneten Turbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
GB 2 312 930 A ist ein gattungsgemäßer Abgasturbolader mit einem Turbinengehäuse und einer darin angeordneten Turbine bekannt, wobei das Turbinengehäuse zwei Abgasfluten aufweist, die über eine Trennwand voneinander getrennt sind. Darüber hinaus ist ein Wastegateventil vorgesehen, über welches die beiden Abgasfluten mit einem die Turbine umgehenden Bypasskanal verbindbar sind.
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Aus der
DE 198 53 391 A1 ist ein Wastegateventil zur Regelung des Ladeluftdrucks bekannt, bei dem ein Teil des Abgases über einen Bypass vorbei an einer Turbine in ein Abgassystem geleitet werden kann. Um Instabilitäten des Wastegateventils beim Öffnen und Schließen zu vermeiden, ist der Ventilkörper derart gestaltet, dass beim Öffnungsvorgang ein progressiv zunehmender Querschnitt erzielt wird. Hierzu ist der Ventilkörper beispielsweise halbkugelförmig ausgebildet.
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Aus der
US 2005/086936 A1 ist wiederum ein Abgasturbolader mit einem Turbinengehäuse und einer darin angeordneten Turbine bekannt, wobei das Turbinengehäuse zwei Abgasfluten aufweist, die über eine Trennwand voneinander abgetrennt sind. Ebenfalls vorgesehen ist ein Wastegateventil, über welches die beiden Abgasfluten mit einem die Turbine umgehenden Bypasskanal verbunden werden können.
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Generell unterscheidet man bei Abgasturboladern eine sogenannte Stauaufladung und eine Stoßaufladung, wobei bei der Stauaufladung die durch das Ausschieben bedingten Druckpulsationen der einzelnen Zylinder in einem einzigen Abgassammelbehälter geglättet werden. Eine Turbine kann hierdurch im Bereich hoher Motordrehzahlen bei geringem Druck mehr Abgas durchsetzen. Da der Motor gegen einen geringeren Abgasgegendruck ausschieben kann, reduziert sich der Kraftstoffverbrauch in diesem Betriebsbereich. Nachteilig wirkt sich jedoch das vergleichsweise geringere Motordrehmoment bei kleineren Drehzahlen aus.
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Um bei kleinen Motordrehzahlen wiederum ein großes Motordrehmoment bekommen zu können, bedient man sich der sogenannten Stoßaufladung. Hierbei werden die Abgase der einzelnen Zylinder in einzelnen Rohrleitungen zur Turbine des Abgasturboladers geleitet. Durch kleine Rohrdurchmesser wird die kinetische Energie der Abgaspulsation genutzt. Der Druck in den Leitungen ist dabei nicht konstant. Die einzelnen Abgasleitungen werden dabei auch innerhalb des Turbinengehäuses getrennt bis zum Turbinenrad geführt, was beispielsweise durch ein mehrflutiges Gehäuse erreicht werden kann.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Abgasturbolader der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Wastegateventil in einem Turbinengehäuse eines Abgasturboladers derart auszubilden, dass über dieses sowohl eine Stoßaufladung als auch eine Stauaufladung möglich ist und hierdurch die Vorteile beider Verfahren genutzt und deren Nachteile vermieden werden können. Hierzu weist der erfindungsgemäße Abgasturbolader in bekannter Weise ein Turbinengehäuse mit einer darin angeordneten Turbine auf, wobei das Turbinengehäuse zwei, insbesondere spiralförmige, Abgasfluten besitzt, die über eine Trennwand voneinander getrennt sind. Über das Wastegateventil können die beiden Abgasfluten mit einem die Turbine umgehenden Bypasskanal verbunden werden. Das Wastegateventil selbst besitzt erfindungsgemäß einen einzigen Ventilkörper sowie einen damit zusammenwirkenden Ventilsitz und ist derart ausgebildet, dass je nach Öffnungsgrad des Wastegateventils, das heißt je nach Öffnungsgrad des Ventilkörpers eine Stauaufladung oder eine Stoßaufladung möglich ist. Hierdurch ist es zum einen möglich, bei hohen Drehzahlen und geringerem Abgasgegendruck mehr Abgas durchzusetzen und dadurch einen geringeren Kraftstoffverbrauch in diesem Betriebsbereich zu realisieren. Zum anderen kann bei geringen Motordrehzahlen die kinetische Energie der Abgaspulsationen genutzt werden, um über die Stoßaufladung auch bei geringen Motordrehzahlen ein großes Motordrehmoment erhalten zu können. Umgesetzt wird dies dadurch, dass bei kleinen Motordrehzahlen das Wastegateventil lediglich mit geringem Öffnungswinkel geöffnet wird und dabei zwischen den beiden Abgasfluten einen lediglich kleinen Querschnitt öffnet, während der zum Bypasskanal geöffnete Querschnitt größer ist. Bei hohen Drehzahlen wird die Stauaufladung dadurch umgesetzt, dass das Wastegateventil mit größerem Öffnungswinkel geöffnet wird und dabei der Verbindungsquerschnitt zwischen den beiden Abgasfluten größer ist als ein Abblassquerschnitt zum Bypasskanal hin.
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Zweckmäßig ist der Ventilsitz am Übergang zum Bypasskanal angeordnet und zwischen den beiden Abgasfluten die zuvor beschriebene Verbindungsöffnung vorgesehen. Der Ventilkörper besitzt dabei einen konischen Grundkörper sowie einen Ventilkragen, wobei bei geschlossenem Wastegateventil der Ventilkragen dicht auf dem Ventilsitz aufliegt, während der Grundkörper die Verbindungsöffnung verschließt. Hierdurch ist es möglich, bei vollständig geschlossenem Wastegateventil die beiden Abgasfluten des erfindungsgemäßen Abgasturboladers vorzugsweise vollständig zu trennen und dadurch eine Stauaufladung zu realisieren. Selbstverständlich können trotzdem gewisse, fertigungstoleranzbedingte Leckageströmungen zwischen den Abgasfluten auftreten, ohne den Effekt der Stauaufladung zu beeinträchtigen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist der Grundkörper des Ventilkörpers seitliche Ausschnitte auf, die derart ausgebildet sind, dass bei einem Öffnungswinkel α des Ventilkörpers von α bis ungefähr 7° eine Abgasströmung in den Bypasskanal größer ist als eine Abgasströmung durch die Verbindungsöffnung, das heißt zwischen den beiden Abgasfluten. Hierdurch kann eine Stoßaufladung des Abgasturboladers bei kleinen Drehzahlen und damit kleinem Öffnungswinkel des Ventilkörpers realisiert werden, wodurch auch bei geringen Motordrehzahlen ein vergleichsweise großes Motordrehmoment erzielt werden kann. Die seitlichen Ausschnitte des Grundkörpers sind darüber hinaus derart ausgebildet, dass bei einem Öffnungswinkel α des Ventilkörpers von α > 7° bis ca. 25 bis 32° eine Abgasströmung in den Bypasskanal kleiner ist als durch die Verbindungsöffnung. Hierdurch ist eine Stauaufladung des Abgasturboladers bei hohen Drehzahlen möglich, wodurch die Vorteile der Stauaufladung, das heißt der reduzierte Kraftstoffverbrauch aufgrund des reduzierten Abgasgegendrucks genutzt werden können.
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Die Geometrie des Wastegateventils ist dabei derart ausgebildet ist, dass in einem ersten Öffnungswinkelbereich A des Ventilkörpers eine Abgasströmung in den Bypasskanal größer und in einem sich an den ersten Öffnungswinkelbereich A anschließenden zweiten Öffnungswinkelbereich B des Ventilkörpers kleiner ist als die Abgasströmung durch die Verbindungsöffnung. Der erste Öffnungswinkelbereich A des Ventilkörpers kann dabei im Bereich von 0° < A < ca. 7° liegen, während der zweite Öffnungswinkelbereich B des Ventilkörpers im Bereich von ca. 7° < B < 32° liegt. Bei α ca. 32° sind der Abgasstrom in den Bypasskanal und durch die Verbindungsöffnung ungefähr gleich groß. Bei einem darüber hinausgehenden Öffnungswinkel α des Ventilkörpers ist die Abgasströmung in den Bypasskanal wieder größer als die durch die Verbindungsöffnung strömende Abgasströmung.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasturboladers ist der Ventilkörper als einstückiges, gegossenes Hohlprofil ausgebildet. Hierdurch ist eine wirtschaftliche und qualitativ hochwertige Ausführung des Ventilkörpers möglich, wobei als Kern ein Keramikkern verwendet werden kann, der in einem späteren Verfahrensschritt herausgeätzt wird. Alternativ sind selbstverständlich auch Sand- oder Salzkerne denkbar. Durch die Ausbildung als Hohlprofil kann darüber hinaus ein vergleichsweise geringes Gewicht des gesamten Ventilkörpers erzielt werden, wodurch dieser zur Verstellung geringere Stellkräfte erfordert und zugleich geringere Lagerkräfte und damit geringerer Verschleiß aufweist.
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Alternativ hierzu ist auch denkbar, dass der Ventilkörper aus mehreren Teilen insbesondere als aus dem Ventilkragen und dem Grundkörper gebautes Hohlprofil ausgebildet ist, wobei der Grundkörper und der Ventilkragen miteinander verschweißt sind. Hierdurch lässt sich ebenfalls eine kostengünstige gewichtsreduzierte Gestaltung des Ventilkörpers realisieren.
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Zweckmäßig besitzt das Wastegateventil einen gekröpften Spindelarm, der eine Verdrehung des Ventilkörpers auf Höhe des Ventilsitzes ermöglicht, das heißt ein Drehpunkt bzw. eine Drehachse des Spindelarms liegt auf Höhe des Ventilsitzes. Darüber hinaus ist der Eintauchkörper, das heißt in diesem Fall der Grundkörper, zumindest leicht konisch gehalten, wodurch ein besonders zuverlässiges und kollisionsfreies Eintauchen ermöglicht wird. Der Grundkörper ist dabei vorzugsweise von zylindrisch auf elliptisch konisch auslaufend ausgebildet, um das Abblasverhalten bei Öffnungswinkeln von ca. 7° bis 23° näherungsweise konstant zu halten.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Ventilkörper im Bereich des Ventilkragens rund ausgebildet und weist an seinem dem Ventilkragen abgewandten freien Ende eine elliptische Form auf. Bei einem Öffnungswinkel α des Ventilkörpers von ungefähr 7° bis zumindest 25° bis 32° erreicht man hiermit ein Abblasverhalten auf konstant niedrigem Niveau.
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Der Ventilkörper kann als Teil einer Schwingklappe ausgebildet sein. Alternativ kann der Ventilkörper als Teil eines Kolbenventils ausgebildet sein.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1a eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Wastegateventil in geschlossenem Zustand,
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1b eine Darstellung wie in 1a, jedoch bei einem Öffnungswinkel α des Wastegateventils bzw. eines Ventilkörpers des Wastegateventils von 5°,
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1c eine Darstellung wie in 1b, jedoch bei einem Öffnungswinkel α von beispielhaft 17°,
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1d eine Darstellung wie in 1c, jedoch bei einem Öffnungswinkel α von 30°,
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2 eine Schnittdarstellung durch eine weitere mögliche Ausführungsform des Ventilkörpers,
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3 eine Darstellung wie in 2, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
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4 Draufsichten und Schnittdarstellungen entlang unterschiedlicher Schnittebenen durch einen einstückigen, gegossenen Ventilkörper,
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5, 6 weitere Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Ventilkörper bei unterschiedlichen Ausführungsformen,
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7 ein Strömungsquerschnittsöffnungswinkeldiagramm,
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8 eine Ansicht auf ein Wastegateventil mit einem gekröpften Spindelarm und einem daran angeordneten Ventilkörper mit Ausschnitten,
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9 eine Schnittdarstellung im Bereich der (Fluten-)verbindungsöffnung bei geöffnetem Wastegateventil (Öffnungswinkel 20°),
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10 eine Schnittdarstellung bei geöffnetem Wastegateventil entlang der Schnittebene A-A aus 9, wobei die Schnittebene A-A 0,1 mm unter dem Ventilsitz im Turbinengehäuse liegt,
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11 eine Explosionsdarstellung eines Spindelarms und daran anordenbaren Ventilkragens mit Verdrehsicherung,
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12 eine Darstellung wie in 11, jedoch in montiertem Zustand,
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13 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Verdrehsicherung eines Ventilkörpers am Spindelarm,
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14 eine Schnittdarstellung durch die 13.
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Entsprechend den 1a bis 1d, weist ein erfindungsgemäßer Abgasturbolader 1 ein Turbinengehäuse 2 mit einer darin angeordneten, aber nicht gezeigten Turbine auf. Das Turbinengehäuse 2 besitzt zwei Abgasfluten 3, 4, die über eine Trennwand 5 voneinander getrennt sind. Zur Regelung der Leistung des Abgasturboladers 1 ist ein Wastegateventil 6 vorgesehen, über welches die beiden Abgasfluten 3, 4 mit einem die Turbine umgehenden Bypasskanal 7 verbindbar sind. Erfindungsgemäß weist nun das Wastegateventil 6 einen einzigen Ventilkörper 8 und einen damit zusammenwirkenden Ventilsitz 9 auf und ist derart ausgebildet, dass je nach Öffnungsgrad (abhängig vom Betriebspunkt), das heißt nach Öffnungswinkel α des Wastegateventils 6 bzw. des Ventilkörpers 8 eine Stauaufladung (vgl. die 1c und 1d) oder eine Stoßaufladung (vgl. die 1a) möglich ist. Der Ventilsitz 9 ist dabei am Übergang zwischen den Abgasfluten 3, 4 zum Bypasskanal 7 angeordnet, wobei zwischen den beiden Abgasfluten 3, 4 eine Verbindungsöffnung 10 vorgesehen ist, deren Querschnitt vom Ventilkörper 8 variierbar ist. Aus 9 ist die Verbindungsöffnung 10 zwischen den Abgasfluten 3, 4 bei geöffnetem Wastegateventil 6 (Öffnungswinkel 20°) im Querschnitt dargestellt.
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Betrachtet man den Ventilkörper 8 gemäß den 1 bis 6 und 8 genauer, so kann man erkennen, dass dieser einen konischen Grundkörper 11 sowie einen Ventilkragen 12 aufweist, wobei bei geschlossenem Wastegateventil 6 der Ventilkragen 12 dicht auf dem Ventilsitz 9 aufliegt, während der Grundkörper 11 die Verbindungsöffnung 10 verschließt. Die konische Ausbildung des Grundkörpers 11 erleichtert dabei ein kollisionsfreies Einfahren desselben durch die Ventilsitzöffnung.
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Der Grundkörper 11 besitzt darüber hinaus seitliche Ausschnitte 13 (vgl. insbesondere die 1 und 8, die das Erzeugen der Stoßaufladung abhängig vom Öffnungswinkel α des Wastegateventils 6 ermöglichen. Die seitlichen Ausschnitte 13 am Grundkörper 11 verbessern das Abblasverhalten bei geringem Öffnungswinkel von α < 7°.
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Betrachtet man sich den Ventilkörper 8 des Wastegateventils 6 näher, so gibt es für den Ventilkörper 8 unterschiedliche mögliche Ausführungsformen bzw. Herstellungsverfahren. In den 1 und 4 ist dabei ein Ventilkörper 8 als einstückiges, gegossenes Hohlprofil ausgebildet, was gusstechnisch beispielsweise über einen verlorenen Kern umgesetzt werden kann. Ein derartiger verlorener Kern kann als keramischer Kern vorgesehen werden, der später herausgeätzt wird, oder mittels eines Sand- oder Salzkerns. Für das Gießverfahren selbst ist am Ventilkragen 12 zumindest eine diesen durchgehende Öffnung 14 vorgesehen, die einen Hohlraum 15 des Ventilkörpers 8 mit außerhalb verbindet. Alternativ sind zwei solche Öffnungen 14 vorgesehen. Die Öffnung kann beim Gießverfahren zur Kernentfernung dienen. Alternativ hierzu kann der Ventilkörper 8 auch als aus dem Ventilkragen 12 und dem Grundkörper 11 gebautes Hohlprofil ausgebildet sein, wobei der Grundkörper 11 und der Ventilkragen 12 miteinander verschweißt sind. Hierzu ist beispielsweise am Grundkörper 11 eine Ringnut 16 (vgl. 2) angeordnet, in welche der Ventilkragen 12 eingreift bzw. eingelassen ist. Entlang der Ringnut 16 erfolgt dann das Anbringen einer Schweißnaht 17. Wiederum alternativ hierzu kann selbstverständlich auch der Ventilkragen 12 eine Ringnut 16' aufweisen (vgl. 3 und 6), in welche der Grundkörper 11 eingreift bzw. eingelassen ist. Auch hier folgt anschließend das Anbringen einer ringförmigen Schweißnaht 17.
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Alternativ hierzu ist es rein theoretisch auch denkbar, den Ventilkörper 8 als Vollprofil auszubilden, also mit einstückig ausgebildetem Grundkörper 11 und Ventilkragen 12, wie dies gemäß der 9 dargestellt ist.
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Betrachtet man den Ventilkörper 8 gemäß der 3, so kann man erkennen, dass der Ventilkragen 12 eine zentrale Durchgangsöffnung 18 und der Grundkörper 11 einen komplementär dazu ausgebildeten, zentralen Zapfen 19 aufweist, wobei der Grundkörper 11 und der Ventilkragen 12 im Bereich des Zapfens 19 und der Durchgangsöffnung 18 miteinander verschweißt sind.
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Bei dem gemäß der 5 dargestellten Ventilkörper 8 umfasst dieser den Ventilkragen 12, den Grundkörper 11 sowie einen separaten Deckel 20, wobei der Grundkörper 11 und der Ventilkragen 12 einstückig ausgebildet und mit dem Deckel 20 verschweißt sind. Allen Ausführungsformen ist dabei gemein, dass im Ventilkragen 12 stets eine Entlüftungsöffnung bzw. generell eine Öffnung 14 vorgesehen ist, die den Hohlraum 15 im Grundkörper 11 mit der Umgebung bzw. dem Bypasskanal 7 verbindet. Beim Vakuumschweißen eines mehrteiligen Ventilkörpers 8 kann die Öffnung 14 zum Evakuieren der Luft dienen.
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Der turbinengehäuseseitige Ventilsitz 9 ist wie aus der 10 ersichtlich, aus Gründen einfacherer Fertigbarkeit rotationssymmetrisch ausgebildet. Betrachtet man noch die Darstellung des Ventilkörpers 8 gemäß der 8, so kann man erkennen, dass der Grundkörper 11 bzw. der Ventilkörper 8 im Bereich des Ventilkragens 12 rund ausgebildet ist und an seinem dem Ventilkragen 12 abgewandten freien Ende 21 eine elliptische Form aufweist. Bei einem Öffnungswinkel α des Ventilkörpers 8 von ungefähr 10° bis 30° erreicht man hiermit ein Abblasverhalten (Abgasstrom 7a) auf konstant niedrigem Niveau. In 10 kann man auch sehr gut den aufgrund des elliptischen Profils des Grundkörpers 11 entstehenden Freiraum 23 erkennen.
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Darüber hinaus ist aus den 1 und 8 erkennbar, dass das Wastegateventil 6 einen gekröpften Spindelarm 22 aufweist, der eine Verdrehung des Ventilkörpers 8 auf der Höhe des Ventilsitzes 9 ermöglicht. Auch hierdurch kann ein kollisionsfreies Ein- und Austauchen des Grundkörpers 11 in das Turbinengehäuse 2 bzw. den Ventilsitz 9 ermöglicht werden.
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Im Folgenden soll nun die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Wastegateventils 6 genauer erläutert werden.
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Betrachtet man die 1a im Zusammenhang mit der 7, so kann man erkennen, dass bei einem Öffnungswinkel α von 0° der Ventilkragen 12 dicht auf dem Ventilsitz 9 am Turbinengehäuse 2 aufliegt und damit eine von den Abgasfluten 3, 4 in Richtung des Bypasskanal 7 strömenden Abgasströmung 7a (vgl. 7) unterbindet. Wie der 1a jedoch weiter zu entnehmen ist, ist auch bei vollständig geschlossenem Wastegateventil 6 ein Abgasstrom 10a über die Verbindungsöffnung 10 nicht vermeidbar, da der Grundkörper 11 die Verbindungsöffnung 10 aufgrund von Fertigungstoleranzen nicht vollständig verschließen kann.
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Wird der Ventilkörper 8 nun geöffnet, so kann man gemäß der 7 erkennen, dass bis zu einem Öffnungswinkel von α ungefähr 7° der über den Ventilsitz 9 abfließende Abgasstrom 7a größer ist als der durch die Verbindungsöffnung 10 strömende Abgasstrom 10a. Aufgrund der Ausschnitte 13 steigt der in den Bypasskanal 7 strömende Abgasstrom 7a zunächst bis zu einem Öffnungswinkel α von ca. 2° steil an und fällt dann langsam wieder ab. Bei einem Öffnungswinkel α von ca. 7° dürfte die durch die Verbindungsöffnung 10 strömende Abgasströmung 10a im Wesentliche der Abgasströmung 7a entsprechen. Der Abgasstrom 10a steigt dabei üblicherweise zwischen einem Öffnungswinkel α von 0 und 40° nahezu stetig an. Bei einem Öffnungswinkel α des Ventilkörpers 8 von ca. 7° < α < ca. 32° ist dabei eine Abgasströmung 7a in den Bypasskanal 7 kleiner als der durch die Verbindungsöffnung 10 strömende Abgasstrom 10a. Das heißt, dass bei vergleichsweise kleinen Öffnungswinkeln α bis ca. 7° das Abblasen stärker ausgeprägt ist, als der durch die Verbindungsöffnung 10 strömende Abgasstrom 10a, das heißt die Flutenverbindung.
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Bei einem Öffnungswinkel α von ca. 32° sind die beiden Abgasströme 7a und 10a wiederum im Wesentlichen gleich groß. Bei einem darüber hinausgehenden Öffnungswinkel α des Ventilkörpers 8 ist die Abgasströmung 7a in den Bypasskanal 7 größer als die durch die Verbindungsöffnung 10 strömende Abgasströmung 10a. Mittels der erfindungsgemäßen Geometrie des Ventilkörpers 8, insbesondere der seitlichen Ausschnitte 13 ist es somit möglich, bei kleinen Drehzahlen und dadurch bei kleinen Öffnungswinkeln (α < ca. 7°) einen möglichst kleinen durch die Verbindungsöffnung 10 strömenden Abgasstrom 10a und einen hierzu vergleichsweise größeren durch den Ventilsitz 9 in den Bypasskanal 7 strömenden Abgasstrom 7a zu erzielen, wodurch eine Stoßaufladung erreicht werden kann. Bei höheren Drehzahlen hingegen und damit auch bei größeren Öffnungswinkeln α ist der Strömungsquerschnitt zwischen den Abgasfluten 3, 4 vergrößert und die Abgasströmung 7a in den Bypasskanal 7 reduziert, wobei der über die Verbindungsöffnung 10 zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt verhältnismäßig deutlich größer ist und damit einen im Vergleich zum Abgasstrom 7a deutlich vergrößerten Abgasstrom 10a ermöglicht. Hierdurch kann in einem Bereich von beispielsweise 7° < α < ca. 32° eine Stauaufladung realisiert werden. Sowohl die Stoßaufladung als auch die Stauaufladung sind dabei mit einem Wastegateventil 6 mit lediglich einem einzigen zu betätigenden Ventilkörper 8, einzig und allein über die erfindungsgemäße Geometrie des Eintauchkörpers, insbesondere die vorgesehenen seitlichen Ausschnitte 13 realisierbar.
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Generell gilt somit, dass in einem ersten Öffnungswinkelbereich A des Ventilkörpers eine Abgasströmung in den Bypasskanal größer ist als eine Abgasströmung durch die Verbindungsöffnung und dadurch eine Stoßaufladung realisiert werden kann, während in einem sich an den ersten Öffnungswinkelbereich A anschließenden zweiten Öffnungswinkelbereich B des Ventilkörpers die Abgasströmung in den Bypasskanal kleiner ist als die Abgasströmung durch die Verbindungsöffnung und dadurch eine Stauaufladung realisiert werden kann. Der erste Öffnungswinkelbereich A des Ventilkörpers liegt dabei im Bereich von 0° < A < ca. 7° und der zweite Öffnungswinkelbereich B des Ventilkörpers (8) im Bereich von ca. 7° < B < 32° liegt, insbesondere 7° < B < 25°.
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Um das durch die Strömung des Abgases angeregte Rotieren des Ventilkörpers 8 oder generell eines Klappentellers zu vermeiden, ist eine Verdrehsicherung vorgesehen. Ohne eine solche kann der Reibverschleiß so hoch sein, dass es zum Bauteilversagen kommt. Ohnehin sind derartige Verdrehsicherungen bei Ventilkörpern 8, die keine symmetrische Kontur aufweisen unerlässlich, um ein Klemmen zu vermeiden. Bei Turbinengehäusen 2 mit zwei Abgasfluten 3, 4 haben sich Verdrehsicherungen mit mehr als einem Arm 26 und einer zugehörigen Vertiefung 24 oder Öffnung 25 als robuster und verschleißbeständiger erwiesen.
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Betrachtet man die 11 bis 14, so kann man dort eine solche Verdrehsicherung erkennen, zu deren Realisierung das Wastegateventil 6 einen Spindelarm 22' aufweist, an dem zumindest ein Arm 26 angeformt ist, der in eine zugehörige Vertiefung 24 (vgl. 11 und 12) eines Ventilkragens 12 bzw. eines Ventilkörpers 8 oder eine Öffnung 25 des Ventilkörpers 8 an dessen Ventilkragens 12 eingreift. Die Vertiefungen 24 oder die Öffnungen 25 werden bereits im Gießprozess mit hergestellt. Die gemäß den 11 und 12 gezeigten Verdrehsicherungen besitzen den Vorteil, dass aufgrund der kreissegmentförmig ausgebildeten Arme 26 mehr Material um die Durchgangsöffnung 18 vorhanden ist.
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Die in den 11 bis 14 gezeigten Verdrehsicherungen bieten dabei den Vorteil, dass sie kompakt bauen und platzsparend angeordnet werden können. Darüber hinaus ist die Bearbeitung eines Zapfens 19 einfacher, da keine störenden Verdrehanschläge vorhanden sind. Zudem kann mit den gezeigten Verdrehsicherungen auch eine zumindest geringfügige Materialeinsparung erreicht werden. Die in den 11 bis 14 gezeigten Verdrehsicherungen bieten darüber hinaus den Vorteil, dass eine bessere Kernfixierung beim gießen des Ventilkörpers 8 möglich ist, da aufgesetzte Verdrehanschläge 27 (vgl. 8) die vom Keramikkern herausragenden Haltezapfen verdecken, bzw. im kernnahen Bereich nicht nutzbar sind.
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Mit dem erfindungsgemäßen Wastegateventil 6 und dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader 1 lassen sich somit die Vorteile einer Stauaufladung (geringerer Abgasgegendruck und geringerer Kraftstoffverbrauch des Motors bei hoher Motordrehzahl) mit denjenigen einer Stoßaufladung (hohes Motordrehmoment bei geringen Motordrehzahlen) in einem einzigen Abgasturbolader 1 realisieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- GB 2312930 A [0002]
- DE 19853391 A1 [0003]
- US 2005/086936 A1 [0004]
