-
Die Erfindung betrifft eine Turbine für einen Abgasturbolader mit zweiflutigem Turbinengehäuse und einer Ventil-Anordnung mit verbesserter Abströmung.
-
Ein Verbrennungsmotor 1, der von einem Abgasturbolader 2 aufgeladen wird, zeichnet sich durch die in der 1 dargestellte Anordnung der Führung von Frischluft und Abgasen aus. Im aufgeladenen Betrieb strömt das Abgas aus dem Verbrennungsmotor 1 über die Turbine 3, welche den Verdichter 4 im Ansaugtrakt vor dem Einlass des Motors 1 über eine gemeinsame Welle 5 antreibt. Durch die Verdichtung der Ansaugluft kann mehr Kraftstoff pro Zylinderhub zugemischt werden und das Drehmoment des Motors 1 wird erhöht.
-
In der 1 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit einige Elemente der Luftführung nicht dargestellt. Dies sind zum Beispiel ein vor dem Verdichter angeordneter Luftfilter, ein vor dem Verdichter angeordneter Luftmengenmesser, ein hinter dem Verdichter angeordneter Ladeluftkühler, ein Tank, eine hinter der Drosselklappe angeordnete Kurbelgehäuse-Entlüftung und ein hinter der Turbine angeordneter Katalysator. Auf eine Darstellung einer gegebenenfalls vorhandenen Abgasrückführung oder Sekundärlufteinblasung wurde ebenfalls verzichtet.
-
Im aufgeladenen Betrieb ist die Drosselklappe 8 vollständig geöffnet. Die Regelung der Aufladung kann zum Beispiel durch Abblasen eines Teils des Abgasmassenstroms durch ein Wastegate-System 7 erfolgen.
-
Auf der Verdichterseite ist desweiteren ein sogenanntes Schubumluft-System 6 angeordnet, über das überschüssige, verdichtete Ansaugluft abgeblasen und in den Ansaugtrakt zurückgeführt werden kann.
-
In der 2 ist eine mögliche Ausführungsform eines Abgasturboladers 2 nach dem Stand der Technik dargestellt. Diese Darstellung enthält einen Schnitt im Bereich des Wastegate-Systems. Das genannte Wastegate-System 7 ist im Turbinengehäuse 9 angeordnet. Das Wastegate-System 7 wird über einen Wastegate-Aktuator 10 betätigt, der unter Verwendung eines Halters am Verdichtergehäuse 11 befestigt ist. Zwischen dem Turbinengehäuse 9 und dem Verdichtergehäuse 11 befindet sich eine Lagerbaugruppe 12, in welcher die gemeinsame Läuferwelle von Turbinenrad und Verdichterrad untergebracht ist.
-
Die 3 zeigt das Wastegate-System 7 in einer Draufsicht sowie in einer Schnittdarstellung der Seitenansicht. Dargestellt ist die Wastegate-Öffnung 13 im Turbinengehäuse 9, die über einen Klappenteller 14 freigegeben oder verschlossen werden kann. So kann bei Bedarf ein Teil des Abgasmassenstroms am Turbinenlaufrad vorbei geleitet werden. Die Öffnungs- bzw. Schließ-Betätigung des Klappentellers 14 erfolgt über eine Linearbewegung einer Regelstange 15, die von einem pneumatischen oder elektrischen Wastegateaktuator 10 gesteuert angetrieben wird. Diese Linearbewegung wird über eine Verbindungsplatte 16 an einen äußeren Wastegatehebel 17 übertragen. Die in einer Buchse 18 gelagerte Wastegatespindel 19 überträgt die Drehbewegung mittels des Schwenkarms 19a auf den Klappenteller 14. Aufgrund der linear geführten Regelstange 15 ist zusätzlich ein Ausgleichsgelenk 20 in der Kinematik erforderlich, um einen Schränkungsausgleich zu gewährleisten.
-
Die vorstehenden Ausführungen beziehen sich auf Abgasturbolader mit einflutigem Turbinengehäuse, das nur einen schneckenförmig um das Turbinenlaufrad 9c angeordneten Abgas-Zuführkanal, eine sogenannte Abgasflute aufweist. Entsprechende Abgasturbinen werden auch als Monoscroll-Turbinen bezeichnet. Diese Technologie hat den Nachteil, dass sich die Ladungswechsel, sprich der Austausch von Abgas und Brennstoff-Gas-Gemisch, der einzelnen Zylinder des Verbrennungsmotors im Betrieb durch den pulsierenden Abgasgegendruck gegenseitig negativ beeinflussen. Dies wirkt sich nachteilig auf die Befüllung der Zylinder des Motors mit Brennstoff-Gas-Gemisch aus, wodurch wiederum dessen Verbrauch, Ansprechverhalten und Nennleistung verschlechtert wird.
-
Um dieses Problem zu beheben oder zumindest zu verringern, können zweiflutige oder mehrflutige Turbinengehäuse verwendet werden, die entsprechend zwei oder mehr voneinander getrennte Abgasfluten aufweisen. Dabei unterscheidet man zwischen Segmented-Scroll-Turbinengehäusen 9a und Twin-Scroll-Turbinengehäusen 9b, wie es in der 4 veranschaulicht ist.
-
Beide Turbinen enthalten eine Trennwand 21, die zwischen den beiden Abgasfluten 22, 23 vorgesehen ist. Bei dem Segmented-Scroll-Turbinengehäuse 9a ist die Trennwand 21 so angeordnet, dass das Turbinenlaufrad 9c von beiden Abgasfluten 22, 23 auf je 180° über die volle Radeintrittsbreite beaufschlagt wird. Bei der Twin-Scroll-Turbinengehäuse 9b ist die Trennwand 21 in radialer Richtung zum Turbinenrad angeordnet, wodurch dieses von beiden Abgasfluten 22, 23 auf 360° auf einem Anteil, z. B. je 50% der Radeintrittsbreite beaufschlagt wird.
-
Bei beiden Turbinen-Bauarten kommt – wie es aus der 5 ersichtlich ist – ein Abgaskrümmer 24 zum Einsatz, bei dem bei Vierzylinder-Motoren jeweils zwei Zylinder und bei Sechszylinder-Motoren jeweils drei Zylinder zu einem Strang zusammengefasst sind. Jeder Strang ist wiederum mit einer Abgasflute des zweiflutigen Turbinengehäuses verbunden. Dadurch wird gewährleistet, dass sich die Abgaspulse der einzelnen Zylinder möglichst wenig negativ beeinflussen. In der 5 ist der Abgaskrümmer eines Vierzylinder-Motors veranschaulicht, bei welchem jeweils zwei Abgasleitungen der jeweiligen Zylinder zu einem Strang zusammengefasst sind. So sind die Abgasleitungen 26 und 29 des ersten und des vierten Zylinders zu einem Strang zusammengefasst. Des Weiteren sind die Abgasleitungen 27 und 28 des zweiten und des dritten Zylinders zu einem Strang zusammengefasst. Die eingezeichneten Pfeile sollen die jeweiligen voneinander getrennten Abgas-massenströme 25 verdeutlichen.
-
Eine Ladedruckregelung bei Abgasturboladern mit zweiflutigen Turbinengehäusen erfolgt wie bei Monoscroll-Turbinen durch Abblasen von überschüssigen Abgasen über ein Wastegate-System. Zu einer weiteren Reduzierung der Ladungswechselverluste bei Abgasturboladern mit zweiflutigen Turbinengehäusen hat sich eine schaltbare, steuerbare oder regelbare Flutenverbindung zwischen den getrennten Abgasfluten als vorteilhaft erwiesen. Dabei handelt es sich wie beim Wastegate-System um eine Ventil-Anordnung, die bei Bedarf ein Überströmen von Abgas zwischen den Abgasfluten ermöglicht. Die Verwendung eines zweiten Ventils wirkt sich allerdings nachteilig auf die Kosten und den Bauraum des Abgasturboladers aus.
-
Um diese Nachteile zu vermeiden ist es bereits bekannt, die Funktionalitäten von Wastegate-System und Flutenverbindung unter Verwendung einer einzigen Ventil-Anordnung zu realisieren.
-
Eine mögliche Ausführungsform eines derartigen Wastegate-Systems 7 für ein zweiflutiges Turbinengehäuse 9 ist in der 6 dargestellt. Aus dieser sind die beiden Abgasfluten 22, 23 des Turbinengehäuses 9 sowie die beiden Wastegate-Auslässe 30, 32 und der Auslasstrichter 31 ersichtlich. Sowohl die Abgasfluten 22, 23 als auch die Wastegate-Auslässe 30, 32 sind durch eine Trennwand 21 voneinander getrennt. Somit können beide Abgasfluten 22, 23 über einen gemeinsamen Klappenteller 14 betätigt werden, wobei bei einer Öffnung der beiden Wastegat-Auslässe 30, 32 auch zugleich die beiden Abgasfluten 22 und 23 fluidtechnisch über den Auslasstrichter 31 miteinander verbunden werden. Zur Verstellung des Klappentellers 14 ist ein Schwenkarm 19a vorgesehen, welcher über die Wastegatespindel 19 rotatorisch betätigt wird. Eine solche Ventil-Anordnung kann auch als Schwenkarm-Klappenventil bezeichnet werden. Die Hauptfunktion dieser Ausführungsform ist eine Regulierung des Wastegate-Massenstroms beider Abgasfluten mit einer Ventil-Anordnung.
-
Aus der
DE 10 2013 002 894 A1 ist eine Turbine für einen Abgasturbolader bekannt, welche ein Turbinengehäuse aufweist, in welchem zwei von Abgas durchströmbare Fluten vorgesehen sind, und welches des Weiteren einen Umgehungskanal aufweist. Ferner ist ein Ventil vorgesehen, welches im geschlossenen Zustand sowohl die Flutenverbindung als auch den Umgehungskanal sperrt und im geöffneten Zustand sowohl die Flutenverbindung als auch den Umgehungskanal öffnet. Dieses Ventil ist auch als Schwenkarm-Klappenventil gestaltet und rotatorisch bewegbar. Es weist einen um einen Drehpunkt schwenkbaren Schwenkarm auf, an dessen Endbereich ein Klappenteller befestigt ist, der durch einen kugelsegmentförmigen Ventilkörper erweitert ist.
-
Bei Verwendung eines derartigen rotatorisch schwenkbaren Schwenkarm-Klappenventils, das zugleich als Ventilelement zur Betätigung des Wastegate-Ventils und der Flutenverbindung wirkt, besteht ein limitierter Freiheitsgrad bei der Gestaltung des Ventilkörpers. Dies wird anhand der 7 und 8 erläutert, in welchen die Bewegung eines Ventilkörpers 36 veranschaulicht ist. Aus diesen Figuren ist ersichtlich, dass die Bewegung des Ventilkörpers 36 durch einen gestrichelt dargestellten Kreis limitiert ist. Folglich muss die Außenkontur des Ventilkörpers 36 derart gewählt werden, dass der Ventilkörper 36 bei seiner Bewegung die Kreislinie nicht nach außen überschreitet. Dies hat beispielsweise den Nachteil, dass die Form des Ventilkörpers 36 nicht frei gewählt werden und zum Beispiel nicht zylinderförmig sein kann.
-
Des Weiteren ist aus der
DE 10 2010 008 411 A1 eine Abgasturbine für einen Abgasturbolader bekannt, welche ein Turbinengehäuse aufweist, welches zwei von Abgas durchströmbare Abgasfluten und einen Bypass aufweist. Zwischen den Abgasfluten und dem Bypass ist eine translatorisch, also linear entlang einer Achse verstellbare Ventil-Anordnung vorgesehen, die auch als Linearventil bezeichnet werden kann. In diesem speziellen Fall weist das dargestellte Linearventil als Ventilelement einen Schaft, einen topfförmigen Deckel und einen Klappenteller auf. In einer ersten Stellung dieses Linearventils sind die Abgasfluten fluidtechnisch voneinander getrennt und der Bypass geschlossen. In einer zweiten Stellung dieses Linearventils sind die Abgasfluten fluidtechnisch miteinander verbunden und der Bypass ist geschlossen. In einer dritten Stellung dieses Linearventils sind die Abgasfluten fluidtechnisch miteinander verbunden und der Bypass ist zugleich geöffnet.
-
In allen gezeigten bekannten Beispielen steht das jeweilige Ventilelement, Klappenteller, Schwenkarm etc. im Bereich des Auslasstrichters in dem abströmenden Abgasmassenstrom. Dadurch kommt es zur Behinderung und Verwirbelung des Abgasmassenstromes, was wiederum negativen Einfluss auf die Anströmung eines Abgaskatalysators stromabwärts der Abgasturbine nehmen kann, was insbesondere einer schnellen und gleichmäßigen Aufheizung des Katalysators entgegensteht.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Turbine für einen Abgasturbolader mit einem zweiflutigen Turbinengehäuse und einer als Linearventil ausgebildeten Ventil-Anordnung anzugeben, deren Abgasabströmung verbessert ist.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Turbine mit den im Anspruch 1 abgegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Erfindungsgemäß wird eine Turbine für einen Abgasturbolader vorgeschlagen, mit einem Turbinengehäuse, welches zwei von einem Abgas durchströmbare Abgasfluten aufweist, zwischen denen eine Trennwand vorgesehen ist, und die eine gemeinsamen Wastegate-Öffnung aufweisen. Das Turbiengehäuse ist mit einem Linearventil ausgestattet, welches ein Ventilelement, zum Öffnen und Schließen der Wastegate-Öffnung, und einen Verstellschaft mit einer Schaft-Längsachse, zur Betätigung des Ventilelements aufweist. Die Turbine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellschaft des Linearventils in Richtung einer durch die Trennwand aufgespannten Trennwandebene durch die Trennwand geführt ist und in Richtung seiner Schaft-Längsachse in der Trennwand beweglich angeordnet ist, wobei das Ventilelement in einer Trennwand-Aussparung zwischen den Abgasfluten angeordnet ist und aus dem Bereich der Abgasfluten, in Richtung auf die Wastegate-Öffnung hin, gegen einen Ventilsitz geführt ist, der auf der den Abgasfluten zugewandten Innenseite der Wastegate-Öffnung ausgebildet ist.
-
Auf diese Weise liegt das Ventilelement im geschlossenen Zustand des Linearventils dichtend auf dem Ventilsitz an und verschließt so die Wastegate-Öffnung. Zugleich wird die Trennwand-Aussparung, in der das Ventilelement angeordnet ist, durch das Ventilelement so ausgefüllt, dass ein Überströmen von Abgas von einer Abgasflute durch die Trennwand-Aussparung zur anderen Abgasflute verhindert ist. Die Vorteile einer Turbine mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen bestehen insbesondere darin, dass im Betrieb der Turbine, der bei geöffnetem Wastegate-Ventil durch die Wastegate-Öffnung abströmende heiße Abgasmassenstrom einen im Abgasmassenstrom stromab des Turbinengehäuses angeordneten Abgaskatalysator direkt, d.h. ohne vorherige Umlenkung, und ohne Hindernisse anströmt, so dass der Abgaskatalysator schneller auf seine Betriebstemperatur gebracht werden kann und länger bzw. besser auf seiner Betriebstemperatur gehalten werden kann.
-
Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gemäß der abhängigen Ansprüche sowie deren Vorteile werden aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der 9 bis 13 ersichtlich. Es zeigt:
-
9 einen Ausschnitt des Turbinengehäuses in Schnittdarstellung zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Turbine, wobei sich das Linearventil im geschlossenen Zustand befindet,
-
10 einen Ausschnitt des Turbinengehäuses in Schnittdarstellung wie in 9, wobei sich das Linearventil im teilweise geöffneten Zustand befindet,
-
11 den Ausschnitt des Turbinengehäuses wie in den 9 und 10, wobei sich das Linearventil im vollständig geöffneten Zustand befindet,
-
12 einen weiteren Ausschnitt des Turbinengehäuses in Schnittdarstellung, zur Veranschaulichung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei sich das Linearventil im teilweise geöffneten Zustand befindet und
-
13 perspektivische Darstellungen von im Zusammenhang mit der Erfindung verwendbaren alternativen Ausführungen von Ventilelementen des Linearventils.
-
Funktions- und Benennungsgleiche Bauteile sind in den Figuren durchgehend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die dargestellten Gegenstände sind als Beispiele für unterschiedliche Ausführungen oder Weiterbildungen der Erfindung zu verstehen und sollen weitere alternative Gestaltungen gemäß der Definition der Ansprüche nicht ausschließen.
-
Die 9, 10 und 11 zeigen jeweils einen Ausschnitt des Turbinengehäuses in Schnittdarstellung zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Turbine, wobei sich das Linearventil in 9 im geschlossenen Zustand, in 10 im teilweise geöffneten Zustand und in 11 im vollständig geöffneten Zustand befindet. Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel sind im Turbinengehäuse 9 zwei von einem Abgas durchströmbare Abgasfluten 22, 23 vorgesehen. Zwischen diesen beiden Abgasfluten 22, 23 befindet sich eine Trennwand 21. Des Weiteren weisen die beiden Abgasfluten 22, 23 eine gemeinsame Wastegate-Öffnung 13 und einen sich daran anschließenden Auslasstrichter 31 auf. Ferner ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel ein Linearventil zum Öffnen und Schließen der Wastegate-Öffnung 13 und zugleich zum Öffnen und Schließen einer Flutenverbindung mittels eines Flutenverbindungsfensters 21b und somit eines Flutenverbindungsquerschnitts vorgesehen. Das Linearventil weist ein Ventilelement 35 und einen Verstellschaft 33 mit einer Schaft-Längsachse 33a auf. Das Ventilelement 35 ist in einer Trennwand-Aussparung 21a der Trennwand 21 zwischen den Abgasfluten 22, 23 angeordnet und weist einen Ventilteller 34, einen mit dem Ventilteller 34 fest verbundenen oder einstückig ausgebildeten Flutenventilschieber 36 sowie einen Ventilkörper 39 auf. Das Ventilelement 35 ist aus dem Bereich der Abgasfluten 22, 23 in Richtung auf die Wastegate-Öffnung 13 hin, gegen einen Ventilsitz 13a geführt, der auf der den Abgasfluten 22, 23 zugewandten Innenseite der Wastegate-Öffnung 13 ausgebildet ist. Mit dem Ventilteller 34 liegt das Ventilelement 35 im geschlossenen Zustand des Linearventils dichtend auf dem Ventilsitz 13a an, wobei auf der vom Verstellschaft 33 abgewandten Außenseite des Ventiltellers 34 ein Ventilkörper 39 angeordnet ist, der in die Wastegate-Öffnung 13 hinein ragt und je nach Ausführung sogar, wie hier dargestellt, durch die Wastegate-Öffnung 13 hindurch ragt.
-
Der Ventilkörper 39 weist zumindest in einem Teilbereich eine kegelförmige, zylinderförmige, halbkugelförmige oder parabelförmige Außengeometrie auf, durch die beim Öffnen des Linearventils ein Öffnungsquerschnitt der Wastegate-Öffnung 13 bestimmt ist. In dem in den 9, 10 und 11 gezeigten Beispiel weist der Ventilkörper über einen ersten Teilbereich eine zylinderförmige und daran anschließend eine kegelförmige Außengeometrie auf. Dadurch wird beim fortschreitenden Öffnen des Linearventils, also beim Verschieben des Ventilelements 35, in der Zeichnung nach rechts, in den Bereich der Abgasfluten 22, 23 hinein, zunächst der Ventilteller 34 vom Ventilsitz 13a abgehoben und ein Ringspalt zwischen dem Innenrand der Wastegate-Öffnung 13 und dem zylinderförmigen Teilbereich des Ventilkörpers 39 freigegeben, wie in 10 erkennbar ist. Der über den Ringspalt abströmende Teil des Abgasmassenstromes 25 ist mit gestrichelten Pfeilen symbolisiert. Bei weiter fortschreitender Öffnung des Linearventils wird dann die Wastegate-Öffnung 13 zwischen dem kegelförmigen Teilbereich des Ventilkörpers 39 und dem Innenrand der Wastegate-Öffnung 13 zunehmend freigegeben, bis zur maximalen Öffnung, die in 11 dargestellt ist. Dadurch nimmt der über die Wastegate-Öffnung 13 abströmende Abgasmassenstrom 25 in gleichem Maße zu und kann ungehindert, hindernisfrei durch den Auslasstrichter 31 in das Abgassystem (nicht dargestellt) abgeführt werden, wo es beispielsweise direkt auf einen dort angeordneten Katalysator (nicht dargestellt) trifft.
-
Der Flutenventilschieber 36 ist zwischen dem Ventilteller 34 und dem Verstellschaft 33 vorgesehen. Der Verstellschaft 33 und auch der Flutenventilschieber 36 sind durch die zwischen den Abgasfluten 22, 23 vorgesehene Trennwand 21 des Turbinengehäuses 9 geführt und innerhalb dieser Trennwand 21 in Längsrichtung des Verstellschaftes 33, also in Richtung der Schaft-Längsachse 33a, bewegbar, wie es durch den Pfeil in der 9 veranschaulicht ist. Durch diese Bewegung von Verstellschaft 33 und Flutenventilschieber 36 wird auch der Ventilteller 34 in Längsrichtung des Verstellschaftes 33 bewegt. Durch diese Bewegung des Ventiltellers 34 kann das Linearventil 35 von einer geschlossenen Position in eine geöffnete Position gebracht werden, und umgekehrt.
-
Der Verstellschaft 33 kann zusammen mit dem Flutenventilschieber 36, dem Ventilteller 34 und dem Abschlusskörper 39 ein einstückiges Bauteil bilden.
-
Der Flutenventilschieber 36 ist in einer korrespondierenden Schieber-Ausnehmung in der Trennwand 21 in Richtung der Schaft-Längsachse 33a verstellbar aufgenommen. Die Trennwand 21 weist im Bereich des Ventilschiebers 36, also auch im Bereich der Schieber-Ausnehmung, ein als Durchbruch durch die Trennwand ausgebildetes, Flutenverbindungsfenster 21b auf, das so in der Trennwand 21 angeordnet ist, dass es bei geschlossenen Zustand des Linearventils, wie in 9 dargestellt, durch den Flutenventilschieber 36 verschlossen ist. Das Flutenverbindungsfenster 21b ist vorzugsweise rechteckig geformt, kann aber auch rund, oval, dreieckig oder in einer anderen zweckmäßigen Form ausgebildet sein. Im geschlossenen Zustand des Linearventils ist so in vorteilhafter Weise die Wastegate-Öffnung 13 geschlossen und zugleich ist auch die Trennung der beiden Abgasfluten 22, 23 voneinander gewährleistet.
-
Im Flutenventilschieber 36 ist ein, als Durchbruch durch den Flutenventilschieber 36 ausgebildetes, Ventilfenster 40 vorgesehen. Dieses Ventilfenster 40 ist so angeordnet, dass es beim fortschreitenden Öffnen des Linearventils das in der Trennwand 21 vorgesehene Flutenverbindungsfenster 21b fortschreitend, bis zur maximalen Überdeckung von Flutenverbindungsfenster 21b und Ventilfenster 40, freigibt, wie in den 10 und 11 dargestellt. Auf diese Weise werden durch das Öffnen eines Flutenverbindungsquerschnittes die beiden Abgasfluten 22, 23 fortschreitend fluidtechnisch miteinander verbunden. Das Ventilfenster 40 ist ebenfalls vorzugsweise rechteckig geformt, kann aber auch rund, oval, dreieckig oder in einer anderen Zweckmäßigen Form ausgebildet sein, so dass durch Zusammenwirken der Geometrie von Flutenverbindungsfenster 21b und Ventilfenster 40 eine bestimmte Öffnungscharakteristik des Flutenverbindungsquerschnitts über den Ventilhub des Ventilelements 35 erzielt werden kann. Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass beim Öffnen des Linearventils, über den Ventilhub des Ventilelements 35, zunächst ein durch den Ventilkörper 39 definierter Querschnitt der Wastegate-Öffnung 13 freigegeben wird und zugleich ein definierter Flutenverbindungsquerschnitt freigegeben wird. Durch die Abstimmung der Geometrie und Anordnung von Ventilkörper 39 und Flutenverbindungsfenster 21b in Kombination mit dem Ventilfenster 40 kann so das Öffnungsverhalten von Wastegate-Öffnung 13 und Flutenverbindungsquerschnitt auf einander abgestimmt werden.
-
Bei dem in den 9 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ventilsitz 13a des Turbinengehäuses 9 unmittelbar im Material des Wastegategehäuses 9 auf der den Abgasfluten 22, 23 zugewandten Innenseite der Wastegate-Öffnung 13 einstückig mit dem Turbinengehäuse ausgebildet.
-
Weiterhin weist die in den 9 bis 11 dargestellte Ausführung das Merkmal auf, dass das Linearventil und die im Bereich des Linearventils angeordnete Trennwand 21, insbesondere mit Trennwand-Aussparung 21a, Schieber-Ausnehmung und Flutenverbindungsfenster 21b, zwischen den Abgasfluten 22, 23, Bestandteile einer separaten, in das Turbinengehäuse (9) eingesetzten Ventilbaueinheit 43 sind. Die Ventilbaueinheit 43 ist in das Turbinengehäuse 9 eingesetzt und mit diesem zum Beispiel mittels Schraubverbindung 44 (wie hier dargestellt), Schweißverbindung, Pressverbindung, Stemmverbindung oder Nietverbindung verbunden. So kann die Trennwand 21 im Bereich des Linearventils in vorteilhafter Weise getrennt vom restlichen Turbinengehäuse 9 bearbeitet und mit Trennwand-Aussparung 21b und Schieber-Ausnehmung ausgestattet werden. Beim Einbau der Ventilbaueinheit 43 in das Turbinengehäuse 9 kann weiterhin in vorteilhafter Weise zunächst außerhalb des Turbinengehäuses 9 das aus Ventilkörper 39, Ventilteller 34, Flutenventilschieber 36 und Verstellschaft 33 bestehende, zum Beispiel einstückig ausgebildete Ventilelement 35 in die in der Trennwand 21 der Ventilbaueinheit 43 vorgesehene Bohrung bzw. die Trennwand-Aussparung 21b und die Schieber-Ausnehmung eingesetzt werden. Die dadurch gebildete Ventilbaueinheit 43 wird dann in einfacher Weise, in den 9 bis 11 von rechts nach links, in das Turbinengehäuse 9 eingesetzt und mittels der Schraubverbindungen 44 mit dem Turbinengehäuse 9 verschraubt.
-
Die 10 zeigt das in der 9 dargestellte erste Ausführungsbeispiel, wobei sich in der 10 das Linearventil im teilweise geöffneten Zustand befindet. In diesem teilweise geöffneten Zustand des Linearventils hat sich der Ventilteller 34 des Ventilelements 35 von seinem Ventilsitz 13a gelöst, so dass zwischen dem radialen Außenmantel des Ventilkörpers 39 und dem Innenrand der Wastegate-Öffnung 13 des Turbinengehäuses 9 ein schmaler Ringspalt geöffnet ist, durch welchen aus den Abgasfluten 22 und 23 ein Abgasmassenstrom 25 in den Auslasstrichter 31 fließen kann. Dieses Abgas strömt dabei – wie es durch die gestrichelt gezeichneten Pfeile veranschaulicht ist – zumindest nahezu in Richtung der verlängerten Schaft-Längsachse 33a des Verstellschafts 33 aus dem genannten Ringspalt, so dass ein im Abgaskanal stromab des Turbinengehäuses angeordneter Abgaskatalysator von diesem Abgasmassenstrom, in vorteilhafter Weise, direkt angeströmt wird. Der Abgaskatalysator kommt durch diese direkte, nahezu laminare Anströmung mittels des heißen Abgases vergleichsweise schnell auf seine Betriebstemperatur und kann damit seine Funktion besser erfüllen als im Falle einer Anströmung mittels eines umgeleiteten, verwirbelten Abgasmassenstromes.
-
Aus der 10 ist des Weiteren ersichtlich, dass sich in diesem teilweise geöffneten Zustand des Linearventils das Flutenverbindungsfenster 21b und das Ventilfenster 40 teilweise überschneiden, so dass auch die Verbindung zwischen den beiden Abgasfluten 22 und 23 teilweise geöffnet ist.
-
Die 11 zeigt ebenfalls das erste Ausführungsbeispiel, wobei sich in der 11 das Linearventil im vollständig geöffneten Zustand befindet. In diesem vollständig geöffneten Zustand des Linearventils sind der Ventilteller 34 und der Ventilkörper 39 vollständig in die Trennwand-Aussparung 21a in Richtung der Abgasfluten 22, 23 zurückgezogen, so dass die Wastegate-Öffnung 13 vollständig geöffnet ist. In diesem vollständig geöffneten Zustand der Wastegate-Öffnung 13 kann ein breiterer Abgasmassenstrom 25 durch den Auslasstrichter 31 direkt in Richtung zu dem stromab angeordneten Abgaskatalysator (nicht dargestellt) geleitet werden. Dieser wird durch den Abgasmassenstrom wiederum direkt angeströmt und kann deshalb länger auf seiner Betriebstemperatur gehalten werden, so dass dessen Funktionalität über einen längeren Zeitraum sichergestellt ist.
-
Aus der 11 ist des Weiteren ersichtlich, dass in diesem vollständig geöffneten Zustand des Linearventils auch das Flutenverbindungsfenster 21b und somit der Flutenverbindungsquerschnitt in der Trennwand 21 vollständig geöffnet ist, da sich das im Flutenventilschieber 36 angeordnete Ventilfenster 40 vollständig in Überschneidung mit dem Flutenverbindungsfenster 21b in der Trennwand 21 befindet.
-
Die 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei sich das Linearventil im teilweise geöffneten Zustand befindet. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den 9 bis 11 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Ventilkörper 39 über seine komplette axiale Erstreckung zylinderförmig ausgebildet ist, dass der Ventilsitz 13a, der auf Innenseite der Wastegate-Öffnung 13 angeordnet ist, durch einen in der Wastegate-Öffnung 13 montierten, separaten Ventilsitzring 42 ausgebildet ist. Dieser Ventilsitzring 42 ist im Bereich der Wastegate-Öffnung 13 in das Turbinengehäuse 9 eingepresst. Weiterhin sind in diesem Ausführungsbeispiel das Linearventil und die Trennwand 21 in diesem Bereich nicht zu einer separaten Ventilbaueinheit zusammengefasst, sondern mit dem Turbinengehäuse 9 einstückig realisiert.
-
Beim Einbau des Ventilelements 35 des Linearventils in das Turbinengehäuse 9 wird hier zunächst das Ventilelement 35 in der 12 von links nach rechts in das Turbinengehäuse 9 eingesetzt, wobei der Verstellschaft 33 und der Flutenventilschieber 36 durch bzw. in die korrespondierende Schieber-Ausnehmung und die Bohrung in der Trennwand 21 geführt werden und wobei der gesonderte Ventilsitzring 42 noch nicht in das Turbinengehäuse 9 eingepresst ist, so dass der Ventilteller 34 bis in den Bereich der Abgasfluten 22 und 23 positioniert werden kann. Erst dann wird der gesonderte Ventilsitzring 42 aus Richtung des Auslasstrichters 31 in die Wastegate-Öffnung 13 des Turbinengehäuses 9 eingepresst.
-
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird der durch die Wastegate-Öffnung geleitete heiße Abgasmassenstrom 25 im teilweise geöffneten Zustand des Linearventils und auch im vollständig geöffneten Zustand des Linearventils einem stromab angeordneten Abgaskatalysator (nicht dargestellt) direkt zugeleitet, so dass dieser Abgaskatalysator schneller auf seine Betriebstemperatur gebracht werden kann und länger auf seiner Betriebstemperatur gehalten werden kann.
-
Die 13 zeigt perspektivische Darstellungen von im Zusammenhang mit der Erfindung verwendbaren Ventilelementen 35. Aus diesen Darstellungen ist jeweils ersichtlich, dass das Ventilelement 35 einen Verstellschaft 33, einen Flutenventilschieber 36, innerhalb dessen ein Ventilfenster 40 vorgesehen ist, und einen Ventilteller 34 aufweist. Auf der vom Verstellschaft 33 abgewandten Seite des Ventiltellers 34 kann ein Ventilkörper 39 vorgesehen sein, was jedoch nicht in jedem Fall erforderlich ist. Dieser Ventilkörper 39 wird in vorteilhafter Weise derart geformt, dass die gewünschte direkte Anströmung eines stromab angeordneten Abgaskatalysators mittels des durch die Wastegate-Öffnung geleiteten Abgasmassenstromes 25 weiter optimiert ist.
-
In der 13a ist ein Ventilelement 35 veranschaulicht, bei welchem der Flutenventilschieber 36 quaderförmig ausgebildet ist und der Ventilkörper 39 zylindrisch ausgebildet ist. In der 13b ist ein Ventilelement 35 veranschaulicht, bei welchem der Flutenventilschieber 36 quaderförmig ausgebildet ist und der Ventilkörper 39 kegelförmig ausgebildet ist. In der 13c ist ein Ventilelement 35 veranschaulicht, bei welchem der Flutenventilschieber 36 quaderförmig ausgebildet ist und der Ventilkörper 39 parabelförmig ausgebildet ist. In der 13d ist ein Ventilelement 35 veranschaulicht, bei welchem der Flutenventilschieber 36 quaderförmig ausgebildet ist und bei welchem auf dem Ventilteller 34 kein Ventilkörper vorgesehen ist. In der 13e ist ein Ventilelement 35 veranschaulicht, bei welchem der Flutenventilschieber 36 zylindrisch ausgebildet ist und bei welchem der Ventilteller 34 durch die obere Abschlussfläche des zylindrischen Flutenventilschiebers 36 gebildet ist.
-
Bei allen diesen Ausführungsformen ist im geschlossenen Zustand des Linearventils die Dichtfläche zwischen der vom Verstellschaft 33 abgewandten Außenfläche des Ventiltellers 34 und einer innerhalb der Abgasfluten 22, 23 angeordneten Innenfläche des Ventilsitzes 13a des Turbinengehäuses 9 gebildet. Bei allen diesen Ausführungsformen wird sowohl im teilweise geöffneten als auch im vollständig geöffneten Zustand des Linearventils ein stromab angeordneter Abgaskatalysator durch den durch die Wastegate-Öffnung geleiteten Abgasmassenstrom 25 direkt angeströmt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102013002894 A1 [0015]
- DE 102010008411 A1 [0017]
