DE19905637C1 - Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Ein Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine weist einen Verdichter im Ansaugtrakt und eine im Abgasstrang angeordnete Turbine auf, die mit einem Turbinenrad in einem Turbinengehäuse und wenigstens einem Strömungskanal für die Zufuhr von Abgas und die mit einer variablen Turbinengeometrie zur veränderlichen Einstellung des wirksamen Turbinenrad-Eintrittsquerschnitts ausgestattet ist, wobei die variable Turbinengeometrie zwischen einer den Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt verringernden Sperrstellung und einer den Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt vergrößernden Freigabestellung verstellbar ist. DOLLAR A Um die Ausnutzung der Abgasenergie bei Brennkraftmaschinen mit einem Abgasturbolader, dessen Turbine über eine variabel einstellbare Turbinengeometrie verfügt, weiter zu verbessern, ist im Turbinengehäuse ein mit dem Strömungskanal kommunizierender Stauraum vorgesehen, wobei das Gesamtvolumen von Strömungskanal und Stauraum über ein Verstellelement in Abhängigkeit des Betriebszustands der Brennkraftmaschine veränderlich einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für eine Brenn­ kraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der Druckschrift DE 43 30 487 C1 ist ein Abgasturbolader mit radialer und mit halbaxialer Abgaszuströmung zum Turbinen­ rad bekannt, wobei eine variable Turbinengeometrie in Form von Leitgittern mit variablen Leitschaufeln zur veränderlichen Ein­ stellung des Strömungseintrittsquerschnitts des Turbinenrads vorgesehen ist. Durch Veränderung des Strömungseintrittsquer­ schnitts können in Abhängigkeit des Betriebszustands der Brennkraftmaschine verschieden hohe Abgasgegendrücke im Ab­ schnitt zwischen den Zylindern und dem Abgasturbolader reali­ siert werden, wodurch die Leistung der Turbine und die Lei­ stung des Verdichters je nach Bedarf eingestellt werden kön­ nen. In der befeuerten Antriebsbetriebsweise kann auf diese Weise der Wirkungsgrad des Abgasturboladers verbessert wer­ den. Im Motorbremsbetrieb können hohe Motorbremsleistungen erzielt werden, indem die Turbinengeometrie in eine quer­ schnittsreduzierende Sperrstellung überführt wird, so daß der Abgasgegendruck zwischen Zylinderauslaß und Turbine erhöht wird und der Kolben im Verdichtungs- und Ausschiebehub Kom­ pressionsarbeit gegen den hohen Überdruck im Abgasstrang ver­ richten muß.

Es sind weiterhin Abgasturbolader mit zweiflutigem Turbinenge­ häuse bekannt, so zum Beispiel aus der DE 195 40 060 A1, die zwei durch eine Trennwand unterteilte Strömungskanäle zur Zu­ fuhr des Abgases zum Turbinenrad aufweisen. Die zweiflutige Ausbildung des Turbinengehäuses begünstigt die Stoßaufladung des Abgasturboladers, bei der die zündfolgenabhängige Druckwel­ lenbildung einzelner Zylinder zur Steigerung der Laderleistung ausgenutzt wird.

Die Druckschrift US 44 99 731 zeigt einen Abgasturbolader, in dessen Strömungskanal ein von einer Feder beaufschlagter, axial verstellbarer Ringkolben eingebracht ist, dessen Position sich dem Gleichgewichtszustand von Federkraft auf der einen Seite und Abgasgegendruck auf der anderen Seite entsprechend ein­ stellt. Bei dem Kolben handelt es sich um ein passives Stell­ element, dessen Position in Abhängigkeit von äußeren auf ihn wirkenden Kräften beeinflußt wird. Das Volumen des Strömungska­ nals kann beim Gegenstand der US 44 99 731 aber nicht gezielt eingestellt werden, so daß ein gezielter Wechsel zwischen Stoß­ aufladung und Stauaufladung des Turboladers nicht durchzuführen ist. Außerdem werden durch die Positionsveränderung des Stell­ kolbens die Strömungsverhältnisse im Strömungskanal verändert, was in bestimmten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine ei­ nen Leistungsabfall zur Folge haben kann.

Aus der Druckschrift DE 42 00 507 C2 ist eine veränderliche Blattfeder im Strömungskanal einer Strömungsmaschine bekannt, wobei die Position der Blattfeder über eine Verstelleinrichtung beeinflußt werden kann. Die Positionsänderung der Blattfeder verändert das Volumen und die Gestalt des Strömungskanals, wo­ durch sich auch die Strömungsverhältnisse in unerwünschter Wei­ se ändern können.

Zum Stand der Technik wird ergänzend auf die Druckschriften DE 197 27 140 C1 und EP 08 84 454 A1 verwiesen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Ausnutzung der Abgasenergie bei Brennkraftmaschinen mit einem Abgasturbolader, dessen Turbine über eine variabel einstellbare Turbinengeomet­ rie verfügt, weiter zu verbessern.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An­ spruches 1 gelöst.

Dem Stauraum mit variablem Volumen kommt eine Ausgleichs- bzw. Kompensationsfunktion zu, weil das für die Druckübertragung des Abgases zur Verfügung stehende Gesamtvolumen innerhalb des Tur­ binengehäuses an die aktuelle Situation bedarfsweise einge­ stellt werden kann. Dadurch ist es möglich, Bedingungen zu schaffen, die sowohl eine Stoßaufladung als auch eine Stauauf­ ladung des Abgasturboladers jeweils mit hohem Wirkungsgrad er­ lauben, wodurch in einem breiten Einsatzspektrum eine verbes­ serte Energieausbeute gegeben ist.

Bei der Stoßaufladung, bei der Restenergie des in den Brennräu­ men enthaltenen Abgases impulsartig im Auslaßtakt bei Öffnung der Auslaßventile auf das Turbinenrad übertragen wird, ist es für eine wirkungsoptimierte Impulsübertragung zweckmäßig, das Gesamtvolumen in der Turbine, welches für die Übertragung des Impulses zur Verfügung steht, so klein wie möglich zu halten. Hierfür ist der Strömungskanal im Turbinengehäuse mit dem Stau­ raum veränderlichen Volumens verbunden, dessen Volumen redu­ ziert wird, falls eine Stoßaufladung des Abgasturboladers ge­ wünscht ist, so daß sich das Gesamtvolumen innerhalb des Turbi­ nengehäuses ebenfalls reduziert und die Impulsübertragung auf das Turbinenrad begünstigt wird.

Bei der Stauaufladung dagegen werden die Abgase sämtlicher Zy­ linder aufgestaut und mit idealerweise etwa konstantem Druck der Turbine zugeführt, wofür ein vergrößertes Gesamtvolumen im Turbinengehäuse zweckmäßig ist. Die so erzielte Gleichbeauf­ schlagung führt zu einem besseren Wirkungsgradverhalten der Turbine.

Die Vergrößerung des Gesamtvolumens kann durch Zuschalten des Stauraumvolumens erreicht werden, indem lediglich die Verbin­ dungsöffnung zwischen Strömungskanal und Stauraum freigegeben wird, im übrigen aber beide Volumina konstant gehalten werden. Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführung wird das Gesamtvo­ lumen durch kontinuierliches Vergrößern des Stauraum-Volumens erreicht, wobei der Stauraum entweder permanent mit dem Strö­ mungskanal kommuniziert oder zu- und abschaltbar mit dem Strö­ mungskanal verbundenen ist.

Insbesondere bei niedrigen Massendurchsätzen durch die Turbine, bei denen nur ein geringer Abgasgegendruck aufgebaut werden kann, welcher für eine Stauaufladung eine nur unzureichende Energieausbeute ergeben würde, wird das Volumen des Stauraums verkleinert, so daß die Stoßaufladung (Nutzung des Abgasdruck­ impulses) wirkungsvoll eingesetzt werden kann. Bei höheren Massendurchsätzen dagegen können bei vergrößertem Volumen über die Stauaufladung hohe Abgasgegendrücke mit entsprechend hohen Turbinenleistungen erzielt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die situationsabhängige Einstellung des Volumens des Stauraums über ein Stellglied bewerkstelligt, welches einen Bestandteil der variablen Turbinengeometrie zur veränderlichen Einstellung des Turbinenrad-Eintrittsquerschnitts bildet. Diesem Stellglied kommt daher zusätzlich zur Einstellung der Querschnittsgeome­ trie auch die Funktion zu, das Volumen des Stauraums bzw. das Gesamtvolumen im Turbinengehäuse adaptiv einzustellen, so daß mit nur einem Bauteil zwei Funktionen ausgeübt werden können und hierdurch eine konstruktive Vereinfachung erzielt wird. Das Stellglied wird in bezug auf den Stauraum in der Weise angeord­ net, daß zumindest eine Stellgliedposition existiert, in der der Stauraum mit dem Strömungskanal verbunden ist. Es kann hierbei sowohl angezeigt sein, nur eine einzige Position des Stellglieds vorzusehen, in der der Stauraum mit dem Strömungs­ kanal kommuniziert und im übrigen vom Strömungskanal isoliert ist, als auch eine kontinuierliche bzw. quasikontinuierliche Einstellung des Stauraumvolumens in Abhängigkeit der Stell­ gliedposition zu ermöglichen.

Bevorzugt werden eine Wandung oder mehrere Wandungen des Stau­ raums von der variablen Turbinengeometrie bzw. dem Stellglied der Turbinengeometrie begrenzt, so daß eine Verstellung der Turbinengeometrie automatisch eine Vergrößerung oder Verkleine­ rung des Stauraumvolumens zur Folge hat.

Vorteilhaft ist bei einer Turbine, die mit einem radialen und einem halbaxialen Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt versehen ist, der Stauraum benachbart zum radialen Turbinenrad- Eintrittsquerschnitt, insbesondere zwischen dem radialen und dem halbaxialen Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt, angeordnet, wodurch eine platzsparende Ausbildung realisiert werden kann. Das vorzugsweise als axial verschiebliche Ringhülse ausgebilde­ te Stellglied ist axial zwischen Sperr- und Freigabestellung verstellbar, wobei in Sperrstellung das Gesamtvolumen von Stau­ raum und Strömungskanal ein Minimum und in Freigabestellung ein Maximum einnimmt. In Sperrstellung ist vorteilhaft der radiale Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt abgesperrt, so daß das der Turbine zugeführte Abgas das Turbinenrad nur über den halbaxia­ len Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt beaufschlagen kann. In Freigabestellung dagegen wird das Turbinenrad sowohl über den halbaxialen als auch über den radialen Turbinenrad- Eintrittsquerschnitt mit Abgas versorgt. Die Sperrstellung, die mit einer Minimierung des Stauraums einhergeht, ist im befeuer­ ten Betrieb der Brennkraftmaschine zweckmäßig für die Stoßauf­ ladung, die Freigabestellung dagegen für die Stauaufladung vor­ gesehen.

Es sind bevorzugt mehrere, getrennt ausgebildete Strömungskanä­ le im Turbinengehäuse ausgebildet, die in den halbaxialen Tur­ binenrad-Eintrittsquerschnitt münden und das Turbinenrad über den Umfang gesehen segmentweise beaufschlagen, wodurch eine Ab­ gasvermischung zwischen einzelnen Strömungskanälen verhindert wird. In Freigabestellung der variablen Turbinengeometrie kom­ munizieren die Strömungskanäle mit dem Stauraum, über den Abgas über den radialen Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt dem Turbi­ nenrad zuführbar ist. In Sperrstellung dagegen ist das Volumen des Stauraums reduziert und der radiale Turbinenrad- Eintrittsquerschnitt blockiert oder auf ein Minimum beschränkt. Die Strömungskanäle sind über eine Trennwand, in die eine Ver­ bindungsöffnung eingebracht ist, vom Stauraum separiert, wobei der Querschnitt der Verbindungsöffnungen vom Stellglied der Turbinengeometrie vergrößert oder verkleinert werden kann.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnun­ gen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit erfindungsgemäßer Abgasturbine in einer ersten Ausführung,

Fig. 2 die Abgasturbine aus Fig. 1 in vergrößerter Darstel­ lung,

Fig. 3 eine Ansicht gemäß Schnittlinie III-III aus Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Abgasturbine mit variabler Turbinengeometrie in einer weiteren Ausführung,

Fig. 4a eine partielle Ausschnittvergrößerung aus Fig. 4.

Bei den in den Fig. 1 bis 4a dargestellten Ausführungsbeispie­ len sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 1, beispielsweise die Brennkraftmaschine eines Personenkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs, weist einen Abgasturbolader 2 mit ei­ ner Turbine 3 im Abgasstrang 6 und einen Verdichter 4 im An­ saugtrakt 7 auf. Die Turbine 3 ist mit einer variabel einstell­ baren Turbinengeometrie zur veränderlichen Einstellung des wirksamen Turbinenquerschnitts ausgestattet. Die Turbine 3 wird von den unter dem Abgasgegendruck p₃ stehenden Abgasen im Ab­ gasstrang 6 zwischen dem Zylinderauslaß der Brennkraftmaschine und dem Turbineneinlaß angetrieben. Stromab der Turbine 3 wird das entspannte Abgas über einen Katalysator in die Atmosphäre abgelassen.

Die Turbine 3 treibt über eine Welle 5 den Verdichter 4 an, der die mit Atmosphärendruck p₁ angesaugte Verbrennungsluft auf ei­ nen erhöhten Druck p₂ verdichtet. Die im Verdichter 4 kompri­ mierte Verbrennungsluft wird in einem Ladeluftkühler 8 stromab des Verdichters 4 gekühlt und anschließend mit dem Ladedruck p_2S dem Saugrohr 9 der Brennkraftmaschine 1 zur Verteilung auf die Zylindereinlässe 10 zugeführt. Der erhöhte Ladedruck p_2S führt zu einer Steigerung der Motorantriebsleistung.

Die Turbine 3 weist einen halbaxialen Turbinenrad- Eintrittsquerschnitt 11 am Ende eines Strömungskanals 19 sowie einen radialen Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt 12 auf; über die Eintrittsquerschnitte 11, 12 wird das in die Turbine 3 ein­ strömende Abgas dem Turbinenrad 13 zugeführt. Im Bereich des halbaxialen Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt 11 befindet sich ein feststehendes, ringförmiges Leitgitter 16, dessen Beschau­ felung auf kleinere bis mittlere Massendurchsätze optimiert ist. Im Bereich des radialen Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt 12 ist ein ebenfalls ringförmig ausgebildetes Leitgitter 17 mit Leitschaufeln angeordnet.

Die variable Turbinengeometrie umfaßt ein Stellglied 14, wel­ ches im Ausführungsbeispiel als axial verschiebliche Ringhülse ausgebildet ist und koaxial zur Turbinenlängsachse 15 zwischen einer Sperrstellung mit reduziertem Turbinenrad- Eintrittsquerschnitt und einer Freigabestellung mit erweitertem Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt verstellbar ist. Das Stell­ glied 14 beeinflußt ausschließlich den radialen Turbinenrad- Eintrittsquerschnitt 12, der in Sperrstellung abgesperrt oder auf ein Minimum reduziert ist und in Freigabestellung ein Maxi­ mum einnimmt.

Die Position des Stellglied 14 wird mit Hilfe einer pneumati­ schen Stellvorrichtung 25 eingestellt, die zwei Stellhebel 26, 27 umfaßt, welche mittels einer Druckluftquelle 28 betätigt werden. Zwischen der Druckluftquelle 28 und der Stellvorrich­ tung 25 ist ein Pneumatikventil 29 zwischengeschaltet, das über einen Regler 30 in Abhängigkeit des Betriebszustands der Brenn­ kraftmaschine 1 geöffnet und geschlossen werden kann.

Anstelle einer pneumatischen Betätigung kommt auch eine elek­ trische oder hydraulische Betätigung in Frage.

Gemäß einer weiteren Ausführung kann die variable Turbinengeo­ metrie anstelle eines Axialschiebers auch durch drehbare Leit­ schaufeln im Leitgitter realisiert sein. Die Querschnittsein­ stellung wird in diesem Fall durch Drehung der Schaufeln be­ werkstelligt.

Darüberhinaus kann es zweckmäßig sein, das Stellglied 14 in Freigabestellung so weit zu verschieben, daß axial keine Über­ deckung mehr zwischen Stellglied 14 und Turbinenrad 13 gegeben ist. In dieser Stellung des Stellglieds 14 wird ein Abgas- Bypass zur Umgehung des Turbinenrads 13 ermöglicht. Konstruktiv wird dies durch eine axial kurze Ausgestaltung des Turbinenrads 13 unterstützt.

Im Turbinengehäuse der Turbine 3 ist ein das Turbinenrad ring­ förmig umschließender Stauraum 18 ausgebildet, der radial zwi­ schen dem Strömungskanal 19 und dem radialen Turbinenrad- Eintrittsquerschnitt 12 angeordnet ist. Der Stauraum 18 ist über eine Trennwand 20 vom Strömungskanal 19 separiert; die Trennwand 20 weist eine Verbindungsöffnung 21 auf, über die Ab­ gas aus dem Strömungskanal 19 in den Stauraum 18 einströmen kann. Auf der radial innenliegenden Seite des Stauraums 18 be­ findet sich der radiale Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt 12.

Eine Wandung des Stauraums 18 wird von dem radial erweiterten Stellglied 14 der variablen Turbinengeometrie gebildet, so daß das Volumen des Stauraums 18 in Abhängigkeit der Position des Stellglieds 14 veränderlich einstellbar ist. In Freigabestel­ lung des Stellglieds 14 nimmt das Volumen des Stauraums 18 ein Maximum ein; sowohl der radiale Turbinenrad- Eintrittsquerschnitt 12 als auch die Verbindungsöffnung 21 sind in Freigabestellung geöffnet. In Sperrstellung beträgt das Vo­ lumen des Stauraums 18 Null bzw. nimmt ein Minimum ein; der ra­ diale Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt 12 und die Verbin­ dungsöffnung 21 sind vom Stellglied 14 verschlossen.

Es kann zweckmäßig sein, das Volumen des Stauraums unabhängig von der Position des Stellglieds der variablen Turbinengeome­ trie konstant zu halten und lediglich den Querschnitt der Ver­ bindungsöffnung zwischen dem Strömungskanal und dem Stauraum in Abhängigkeit der Position des Stellglieds zu beeinflussen.

Es sind insgesamt vier symmetrisch über den Umfang der Turbine 3 verteilte Strömungskanäle 19, 22, 23, 24 angeordnet, die un­ mittelbar über die Zylinderauslässe einzelner Zylinder oder Zy­ lindergruppen der Brennkraftmaschine 1 mit Abgas versorgt wer­ den und jeweils einen halbaxialen, segmentförmigen Turbinenrad- Eintrittsquerschnitt mit Abgas beaufschlagen. Die drei weiteren Strömungskanäle 22 bis 24 sind in entsprechender Weise wie der Strömungskanal 19 aufgebaut und kommunizieren in Freigabestel­ lung des Stellglieds 14 über weitere Verbindungsöffnungen mit dem Stauraum 18, wohingegen in Sperrstellung sämtliche Strö­ mungskanäle vom Stauraum 18 abgesperrt sind und nur das dem je­ weiligen Strömungskanal zugeordnete Segment des halbaxialen Turbinenrad-Eintrittsquerschnitts 11 beaufschlagt wird.

Die variable Turbinengeometrie der Turbine 3 kann zur Wirkungs­ gradsteigerung in der befeuerten Antriebsbetriebsweise herange­ zogen werden. Bei niedrigen Abgas-Massendurchsätzen - bei klei­ ner Last und/oder kleiner Drehzahl - wird eine Stoßaufladung zum Antrieb der Turbine 3 eingesetzt, wobei das Stellglied 14 der variablen Turbinengeometrie in die Sperrstellung überführt wird, in der der radiale Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt 12 und auch der Querschnitt der Verbindungsöffnung 21 zwischen Strömungskanal 19 bzw. den weiteren Strömungskanälen 22 bis 24 und Stauraum 18 reduziert oder abgesperrt ist. Das Abgas wird hauptsächlich oder ausschließlich über den halbaxialen Turbi­ nenrad-Eintrittsquerschnitt 11 dem Turbinenrad 13 zugeführt, zugleich ist das gesamte für die Druckausbreitung in der Turbi­ ne 3 zur Verfügung stehende Volumen reduziert, wodurch die Druckausbreitung bei der Stoßaufladung begünstigt wird.

Bei hohen Abgas-Massendurchsätzen - hohe Last, hohe Drehzahl - kommt bevorzugt eine Stauaufladung zur Anwendung, indem das Stellglied 14 in seine Freigabestellung überführt wird, in der die Durchtrittsöffnung 21 und der radiale Turbinenrad- Eintrittsquerschnitt 12 geöffnet ist und das Volumen des Stau­ raums 18 vergrößert ist, so daß durch die Strömungskanäle 19, 22, 23, 24 einströmendes Abgas sich auch im ringförmigen Stau­ raum 18 ausbreiten kann.

Die Anzahl an Strömungskanälen kann mit der Anzahl der Zylinder und in Abhängigkeit der Bauart der Brennkraftmaschine variie­ ren.

Der Abgasturbolader 2 kann auch im Motorbremsbetrieb zur Erzeu­ gung von Motorbremsleistung eingesetzt werden. Das Stellglied 14 der Turbine 3 wird hierfür in die Sperrstellung überführt, woraufhin sich ein erhöhter Abgasgegendruck p₃ aufbaut und das Abgas mit erhöhter Geschwindigkeit durch den reduzierten Ein­ trittsquerschnitt der Turbine strömt und auf das den Verdichter 4 antreibende Turbinenrad 13 trifft. Im Ansaugtrakt 7 wird ein hoher Überdruck p₂ aufgebaut, zugleich werden Bremsventile am Zylinderauslaß der Brennkraftmaschine 1 geöffnet, durch die die im Zylinder verdichtete Luft gegen den aufgestauten Abgasgegen­ druck p₃ in den Abgasstrang 6 abgeblasen wird.

Die Bremsleistung kann durch die Stellung der variablen Turbi­ nengeometrie und der daraus resultierenden Einstellung des Tur­ binenrad-Eintrittsquerschnitts beeinflußt werden.

Der Ausschnittvergrößerung nach Fig. 2 ist zu entnehmen, daß das Stellglied 14 der variablen Turbinengeometrie stromab des Turbinenrads 13 einen kegelringförmigen Abschnitt 31 bildet, dessen Durchmesser mit zunehmendem axialen Abstand zum Turbi­ nenrad 13 größer wird. Auf der dem Stauraum 18 zugewandten Sei­ te besitzt das Stellglied 14 einen radial erweiterten Abschnitt 32, der eine Wandung 33 des Stauraums bildet. Die Wandung 33 kann gegebenenfalls an die gegenüberliegende Kontur der Trenn­ wand 20 angepaßt sein, so daß in Sperrstellung des Stellglieds 14 die Wandung 33 unmittelbar an der gegenüberliegenden Wand­ seite des Stauraums 18 anliegt und das Volumen des Stauraums 18 auf Null reduziert wird. Durch axiale Verstellung des Stell­ glieds 14 und der Wandung 33 wird das Volumen des Stauraums 18 vergrößert bzw. verkleinert.

Die radial außenliegende Mantelfläche des radial erweiterten Abschnitts 32 verschließt in Sperrstellung des Stellglieds 14 die Verbindungsöffnung 21 zwischen Stauraum 18 und Strömungska­ nal 19 bzw. den weiteren, in Fig. 2 nicht eingezeichneten Strö­ mungskanälen. Der Innenmantel des Stellglieds 14 verschließt in Sperrstellung den radialen Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt 12. In Freigabestellung sind zweckmäßig sowohl die Verbindungsöff­ nung 21 als auch der Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt 12 voll­ ständig geöffnet.

An der Stirnseite des Stellglieds 14 ist im Bereich des Turbi­ nenrad-Eintrittsquerschnitts 12 eine Leitgitteraufnahme 34 ein­ gebracht, in die das an einem ringförmigen Trennelement 35 be­ festigte radiale Leitgitter 17 in Sperrstellung des Stellglieds vollständig einfahrbar ist, um einen strömungsdichten Abschluß des radialen Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt 12 zu ermögli­ chen. Das Trennelement 35 ist an der Stirnseite der gehäusesei­ tigen Trennwand 20 gehalten und dient zugleich zur Befestigung des halbaxialen Leitgitters 16 im Bereich des halbaxialen Tur­ binenrad-Eintrittsquerschnitt 11.

Es kann auch zweckmäßig sein, das radiale Leitgitter 17 an der Stirnseite des Stellglieds 14 zu befestigen und eine Aufnahme am Trennelement 35 vorzusehen, in die das Leitgitter 17 beim Überführen in Sperrstellung eingefahren wird.

Das Stellglied 14 ist über zwei Dichtringe 36, 37 gegenüber dem Turbinengehäuse abgedichtet.

Der Schnittdarstellung nach Fig. 3 ist zu entnehmen, daß die Verbindungsöffnungen 21 die Form strömungsgünstig konturierter Steuerschlitze aufweisen, so daß bei unversperrten Verbin­ dungsöffnungen 21 das aus den Strömungskanälen 19, 22, 23 in den den Stauraum 18 einströmende Abgas einen Drall erfährt, der das Abgas im Stauraum 18 auf ein Ringbahn lenkt. Hierdurch wird die Abgasverteilung im ringförmigen Stauraum 18 verbessert.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Verstellbewe­ gung des Stellglieds 14 zwischen Sperr- und Freigabestellung zum Sperren und Freigeben des radialen Turbinenrad- Eintrittsquerschnitts 12 zumindest teilweise von dem Öffnen und dem Schließen der Verbindungsöffnung 21 zwischen Strömungskanal 19 und Stauraum 18 entkoppelt. Die Verbindungsöffnung 21 ist über einen axial verschiebbaren Steuerkörper 38 zu öffnen und zu verschließen, der ringförmig ausgebildet und auf der radial außenliegenden Mantelfläche des Stellglieds 14 angeordnet und relativ zum Stellglied 14 verschiebbar ist. Der Steuerkörper 38 ist über einen Mitnehmeranschlag 39, der am Stellglied 14 befe­ stigt ist und in eine Mitnehmerausnehmung 40 in der Wandung des Steuerkörpers 38 einragt, mit dem Stellglied 14 verbunden. Der Mitnehmeranschlag 39 in der Mitnehmerausnehmung 40 bewirkt, daß bei einer axialen Verschiebung des Steuerkörpers 38 von einer die Verbindungsöffnung 21 verschließenden in eine die Verbin­ dungsöffnung 21 öffnenden Stellung das Stellglied 14 zunächst noch in seiner Sperrstellung verharrt; dies kommt einem Über­ gang von Stoß- auf Stauaufladung unter Beibehaltung der aus­ schließlich halbaxialen Turbinenrad-Anströmung gleich. Erst bei einem weiteren Verschieben des Steuerkörpers 38 in Öffnungs­ richtung kommt der Mitnehmeranschlag 39 in Berührung mit einer Seitenwand der Mitnehmerausnehmung 40, so daß im weiteren Ver­ lauf auch das Stellglied 14 aus der Sperrstellung in die Frei­ gabestellung überführt wird und der radial Turbinenrad- Eintrittsquerschnitt 12 freikommt.

In der Ausschnittvergrößerung gemäß Fig. 4a ist eine Rückholfe­ der 41 eingezeichnet, die das Stellglied in Sperrstellung be­ aufschlagt.

Claims (15)

1. Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine, mit einem Ver­ dichter (4) im Ansaugtrakt (7) und einer im Abgasstrang (6) an­ geordneten Turbine (3), die ein Turbinenrad (13) in einem Tur­ binengehäuse und wenigstens einen Strömungskanal (19) für die Zufuhr von Abgas aufweist und die mit einer variablen Turbinen­ geometrie zur veränderlichen Einstellung des wirksamen Turbi­ nenrad-Eintrittsquerschnitts (12) ausgestattet ist, wobei die variable Turbinengeometrie zwischen einer den Turbinenrad- Eintrittsquerschnitt (12) verringernden Sperrstellung und einer den Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt (12) vergrößernden Freiga­ bestellung verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Turbinengehäuse ein Stauraum (18) vorgesehen ist, der ü­ ber eine Trennwand (20) gegenüber dem Strömungskanal (19) sepa­ riert ist, wobei in die Trennwand (20) Verbindungsöffnungen (21) für die Kommunikation zwischen Strömungskanal (19) und Stauraum (18) eingebracht sind, und daß das Gesamtvolumen von Strömungskanal (19) und Stauraum (18) über ein Verstellelement in Abhängigkeit des Betriebszustands der Brennkraftmaschine durch Einstellung des Querschnitts der Verbindungsöffnungen (21) und/oder durch Einstellung des Volumens des Stauraums (18) veränderlich einstellbar ist.

2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Stauraums (18) über das Verstellelement veränderlich einstellbar ist.

3. Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Turbinengeometrie ein einstellbares Stellglied (14) umfaßt und daß der Stauraum (18) in zumindest einer Posi­ tion des Stellglieds (14) mit dem Strömungskanal (19) kommuni­ ziert.

4. Abgasturbolader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (14) der variablen Turbinengeometrie das das Volumen des Stauraums (18) einstellende Verstellelement ist.

5. Abgasturbolader nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Wandung (33) des Stauraums (18) von dem Stellglied (14) der variablen Turbinengeometrie gebildet ist.

6. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stauraum (18) bei niedrigen Massendurchsätzen durch die Turbine (3) ein kleineres mit dem Strömungskanal (19) kommuni­ zierendes Volumen aufweist als bei höheren Massendurchsätzen.

7. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Sperrstellung der variablen Turbinengeometrie das mit dem Strömungskanal (19) kommunizierende Volumen des Stauraums (18) geringer ist als in der Freigabestellung.

8. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (3) einen radialen Turbinenrad- Eintrittsquerschnitt (12) und einen halbaxialen Turbinenrad- Eintrittsquerschnitt (11) aufweist.

9. Abgasturbolader nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stauraum (18) benachbart zum radialen Turbinenrad- Eintrittsquerschnitt (12) angeordnet ist.

10. Abgasturbolader nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (14) der variablen Turbinengeometrie als axial verschiebliche Ringhülse ausgebildet ist.

11. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stauraum (18) das Turbinenrad (3) ringförmig um­ schließt.

12. Abgasturbolader nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (19) auf der radial außenliegenden Seite des Stauraums (18) im Turbinengehäuse angeordnet ist.

13. Abgasturbolader nach Anspruch 7 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Strömungskanäle (19, 22, 23, 24) in den halbaxia­ len Turbinenrad-Eintrittsquerschnitt (11) münden.

14. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das radiale Leitgitter (17) an der Stirnseite des Stell­ glieds (14) befestigt ist und eine Aufnahme am Trennelement (35) aufweist, in die das Leitgitter (17) beim Überführen in Sperrstellung einfahrbar ist.

15. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitgitter (17) fest am Stellglied (14) angeordnet und die Leitgitteraufnahme (34) fest am Trennelement (35) angeord­ net ist.