-
Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Flügel einer Turbine mit veränderlicher Geometrie, einen Turbolader wobei ein oder mehrere Strömungsmodifikationsmerkmale Schockwellen und/oder andere unerwünschte Strömungseffekte während des Motorbremsens abgemildert werden können.
-
Motoren können einen Turbolader verwenden, um das Motordrehmoment und/oder die Leistungsausgabe zu verbessern. Ein Turbolader kann eine Turbine aufweisen, die in einer Linie mit dem Motorabgasstrom angeordnet ist und über eine Antriebswelle mit einem Kompressor gekoppelt ist, der in einer Linie mit dem Ansaugluftdurchgang des Motors angeordnet ist. Die abgasgetriebene Turbine kann dem Kompressor dann über die Antriebswelle Energie zuführen, um den Ansaugluftdruck zu verstärken. Der gewünschte Verstärkungsbetrag kann über den Betrieb des Motors variieren. Ein Ansatz für das Steuern des Aufladedrucks besteht in der Verwendung einer Turbine mit veränderlicher Geometrie, um die Strömung des Abgases durch die Turbine zu ändern. Die Turbine mit veränderlicher Geometrie kann eine veränderliche Turbinendüse aufweisen, die dafür ausgelegt ist, den Winkel zu steuern, unter dem Abgas auf die Turbinenschaufeln fällt, und/oder die Querschnittsfläche von Kanälen stromaufwärts der Turbinenschaufeln, wodurch das Abgas hindurchtritt, zu steuern.
-
Ein Typ einer Turbine mit veränderlicher Geometrie weist eine Anzahl schwenkbarer Düsenflügel auf. Abgas, das durch die Turbinendüse strömt, strömt durch zwischen den Düsenflügeln gebildete Kanäle. Das Schwenken der Flügel in einer Richtung kann die Querschnittsfläche der Kanäle stromaufwärts der Turbine erhöhen und den Einfallswinkel des über die Turbinenschaufel(n) strömenden Gases verringern. Das Schwenken der Flügel in der anderen Richtung kann die Querschnittsfläche von Kanälen stromaufwärts der Turbine verringern und den Einfallswinkel über die Turbinenschaufel strömenden Gases erhöhen.
-
Die Motorbremsung ist eine Technik, wobei der Motor verwendet werden kann, um beim Verlangsamen eines Fahrzeugs zu helfen, um beispielsweise die Abnutzung der Bremsen des Fahrzeugs zu verringern und/oder die Wärmemenge zu verringern, die andernfalls erzeugt werden kann, falls nur die Fahrzeugbremsen zum Verlangsamen oder zum Anhalten des Fahrzeugs verwendet werden. Während der Motorbremsung wird der Abgasstrom beschränkt, wodurch im Abgasdurchgang ein Staudruck erzeugt wird. Der (die) Kolben im Motor wird (werden) dadurch gezwungen, gegen den Staudruck zu arbeiten, um das verbrannte Gas aus dem Zylinder (den Zylindern) auszustoßen. Bei einem turbogeladenen Motor mit einer veränderlichen Geometrie können die Düsenflügel verwendet werden, um die Strömung zu beschränken. Wenn die Strömung beschränkt wird, wird das durchgelassene Gas jedoch mit einer stark erhöhten Geschwindigkeit zur Turbine gelenkt. Dies kann Schockwellen hervorrufen. Dies kann eine starke Wechselwirkung und Anregung auf stromabwärts gelegenen Turbinenschaufeln erzeugen. Diese durch Schockwellen induzierte Anregung, die auch als Kraftansprechanregung oder Fluidstrukturwechselwirkung bezeichnet werden kann, kann eine Quelle für eine Befürchtung einer hohen Zyklusermüdung der Turbinenschaufeln und ein begrenzender Faktor für die weitere Erhöhung der Abgasbremsleistung turbogeladener Dieselmotoren sein.
-
Der Grundentwurf von Turbinen mit veränderlicher Geometrie wurde modifiziert, um verschiedene vorteilhafte Ergebnisse zu erzielen. Beispielsweise versucht die
US-Patentveröffentlichung 20130042608 , einen Weg bereitzustellen, die Querschnittsfläche der Kanäle zwischen Düsenflügeln und den Einfallswinkel über die Turbinenschaufel strömenden Gases unabhängig zu ändern. Die Offenbarung sieht eine ringförmige Turbinendüse mit einer Mittelachse und einer Anzahl von Düsenflügeln vor. Alle Düsenflügel weisen einen stationären Flügel und einen gleitenden Flügel auf. Der gleitende Flügel ist positioniert, um in einer Richtung, die im Wesentlichen tangential zu einem inneren Umfang der Turbinendüse ist, zu gleiten. Die Flügelmodifikation versucht dementsprechend, einen gewünschten Einfallswinkel und eine bevorzugte Querschnittsfläche der Kanäle über einen Bereich von Motorbetriebsbedingungen im Wesentlichen beizubehalten.
-
Die vorliegenden Erfinder haben eine Anzahl mit diesem Ansatz verbundener Mängel identifiziert. Beispielsweise adressiert die Offenbarung nicht die möglichen Schockprobleme, wenn die Querschnittsfläche der Kanäle klein gemacht wird, um die Strömung unter einer Motorbremsbedingung zu beschränken und die Strömung folglich verhältnismäßig sehr schnell ist.
-
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung können eine Turbine mit veränderlicher Geometrie vorsehen, die ein Turbinenrad und mehrere einstellbare Flügel, die radial um das Turbinenrad positioniert sind, aufweisen kann. Die Turbine kann auch ein Strömungsunterbrechungsmerkmal auf einer oder mehreren Außenflächen eines oder mehrerer der einstellbaren Flügel aufweisen. Gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen kann das Strömungsunterbrechungsmerkmal aus mehreren Strömungsunterbrechungsmerkmalen bestehen, die jeweils an eine jeweilige Hinterkante der mehreren einstellbaren Flügel angrenzen können. Auf diese Weise kann die Intensität einer möglichen Schockwelle an den Turbinenschaufeln verringert werden. Auch kann auf diese Weise eine mögliche Anregung an den Turbinenschaufeln verringert werden.
-
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die einstellbaren Flügel schwenkend einstellbar sein, und/oder sie können auf eine andere Art einstellbar sein. Beispielsweise können sie jeweils zwei oder mehr Abschnitte aufweisen, die sich in Bezug zueinander bewegen können. Gemäß einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Düsenflügel jeweils einen stationären Abschnitt und einen gleitenden Abschnitt aufweisen. Gemäß diesen Ausführungsformen kann einer der Abschnitte, beispielsweise ein Abschnitt, der sich in Vorderkantenrichtung nach vorne erstrecken kann, ein oder mehrere Strömungsunterbrechungsmerkmale gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweisen.
-
Gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen kann das Strömungsunterbrechungsmerkmal Rillen oder Mulden aufweisen. In manchen Fällen können die Rillen oder Mulden auf einer ansonsten glatten Düsenflügeloberfläche von verschiedenen Skalen sein. Die Düsenflügeloberfläche kann den Turbinenschaufeln gegenüberstehen. Auf diese Weise kann das Strömungsunterbrechungsmerkmal (können die Strömungsunterbrechungsmerkmale) eine scharfe und starke Schockwelle wirksam in stark abgeschwächte Schockwellen dispergieren, die über eine begrenzte Fläche ausgebreitet werden können.
-
Einige als Beispiel dienende Ausführungsformen können einen Düsenflügel für eine Turbine mit veränderlicher Geometrie für einen Turbolader vorsehen. Der Düsenflügel kann eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweisen. Der Düsenflügel kann auch eine Außenfläche zum Lenken einer Abgasströmung zu einer Turbine des Turboladers von der Vorderkante zur Hinterkante und ein oder mehrere Strömungsunterbrechungsmerkmale auf der Außenfläche zum Unterbrechen der an die Hinterkante angrenzenden Strömung aufweisen.
-
Verschiedene Ausführungsformen können eine Lösung bereitstellen, die auf eine große Vielzahl von Turbinen mit veränderlicher Geometrie mit Schwenkdüsenflügeln angewendet werden kann. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Turbinenschaufeln dicker gemacht werden und daher dick genug gemacht werden, damit sie ein Verhältnis zwischen der natürlichen Frequenz der Struktur und der Betriebsfrequenz oberhalb beispielsweise 7,0 aufweisen, wie bereits zuvor vorgeschlagen worden sein kann, um einer durch eine starke Schockwelle induzierten Anregung oder Kraftansprechanregung an den Turbinenschaufeln zu widerstehen.
-
Einige Ausführungsformen können eine Änderung der Orientierung von Rillen auf der Düsenoberfläche vorsehen, wodurch der Wechselwirkungs- oder Anregungswinkel im Raumbereich der Schockwelle an der Turbinenschaufel manipuliert werden kann und demgemäß die Anregung im Zeitbereich am spezifischen Ort der Turbinenschaufel geregelt und abgeschwächt werden kann. Mit der abgeschwächten Schockwellenanregung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann der Turbinenschaufelentwurf für ein besseres aerodynamisches Verhalten in Bezug auf die Effizienz und die Strömungskapazität bei einem Verhältnis zwischen der natürlichen Frequenz der Struktur und der Betriebsfrequenz von lediglich 5 optimiert werden. Hierdurch können die Trägheit und das Gewicht der Düse ohne Bedenken einer hohen Zyklusermüdung infolge einer durch Schockwellen induzierten Anregung an den Schaufeln verringert werden.
-
Es sei bemerkt, dass die vorstehende Kurzfassung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie soll keine Schlüsselmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands identifizieren, dessen Schutzumfang ausschließlich durch die der detaillierten Beschreibung folgenden Ansprüche definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementationen beschränkt, welche jegliche vorstehend oder in einem Teil dieser Offenbarung erwähnte Nachteile lösen.
-
Es zeigen:
-
1 ein schematisches Diagramm eines als Beispiel dienenden Motors gemäß der vorliegenden Offenbarung,
-
2 eine Seitenansicht eines Abschnitts einer Turbine mit veränderlicher Geometrie gemäß der vorliegenden Offenbarung,
-
3 eine "radiale" Ansicht einer Anzahl von Düsenflügeln, welche schematisch ein Beispiel in Bezug auf ihren Abstand gemäß der vorliegenden Offenbarung repräsentiert,
-
4 eine als Beispiel dienende Bodenansicht eines als Beispiel dienenden Flügels einer Turbine mit veränderlicher Geometrie, die mit dem in 1 dargestellten Motor verwendet werden kann,
-
5 eine Schnittansicht an der Linie 5-5 in 4,
-
6 eine als Beispiel dienende Bodenansicht eines als Beispiel dienenden Flügels einer Turbine mit veränderlicher Geometrie mit Strömungsunterbrechungsmerkmalen, die sich im Wesentlichen angrenzend an eine erste Seite des Flügels befinden,
-
7 eine als Beispiel dienende Bodenansicht eines anderen als Beispiel dienenden Flügels einer Turbine mit veränderlicher Geometrie mit Strömungsunterbrechungsmerkmalen, die sich im Wesentlichen angrenzend an eine zweite Seite des Flügels befinden,
-
8 eine Schnittansicht eines anderen Flügels gemäß der vorliegenden Offenbarung,
-
9 eine als Beispiel dienende Bodenansicht eines anderen als Beispiel dienenden Flügels mit geradlinigen Strömungsunterbrechungsmerkmalen,
-
10 eine Schnittansicht an der Linie 10-10 in 9,
-
11 eine als Beispiel dienende Bodenansicht eines anderen als Beispiel dienenden Flügels mit gekrümmten Strömungsunterbrechungsmerkmalen,
-
12 eine Schnittansicht an der Linie 12-12 in 9,
-
1 ist eine Schnittansicht mit schematischen Abschnitten, worin ein Querschnitt eines Motors 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt ist. Verschiedene Merkmale des Motors 10 können zur Erleichterung des Verständnisses der vorliegenden Beschreibung fortgelassen werden oder in vereinfachter Form dargestellt werden. Beispielsweise können Bereiche mit einer kontinuierlichen Schraffur dargestellt werden, die ansonsten einen massiven Körper angeben können, tatsächliche Ausführungsformen können jedoch verschiedene Motorkomponenten und/oder hohle oder leere Abschnitte des Motors aufweisen.
-
Die Schnittansicht in 1 kann als durch einen Zylinder 12 des Motors 10 verlaufend angesehen werden. Verschiedene Komponenten des Motors 10 können zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt) aufweisen kann, und/oder durch Eingabe von einem Fahrzeugbediener über eine Eingabevorrichtung in der Art eines Gaspedals (nicht dargestellt) gesteuert werden. Der Zylinder 12 kann eine Verbrennungskammer 14 aufweisen. Ein Kolben 16 kann für eine Hin- und Herbewegung darin innerhalb des Zylinders 12 positioniert sein. Der Kolben 16 kann über eine Verbindungsstange 20, einen Kurbelzapfen 21 und einen Kurbelradius 22, der hier mit einem Gegengewicht 24 kombiniert dargestellt ist, mit einer Kurbelwelle 18 gekoppelt sein. Einige Beispiele können einen diskreten Kurbelradius 22 und ein diskretes Gegengewicht 24 aufweisen. Die Hin- und Herbewegung des Kolbens 16 kann in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 18 umgesetzt werden. Die Kurbelwelle 18, die Verbindungsstange 20, der Kurbelzapfen 21, der Kurbelradius 22 und das Gegengewicht 24 und möglicherweise andere Elemente, die nicht dargestellt sind, können in einem Kurbelgehäuse 26 untergebracht sein. Das Kurbelgehäuse 26 kann Öl enthalten. Die Kurbelwelle 18 kann über ein Zwischengetriebesystem mit mindestens einem Antriebsrad (nicht dargestellt) eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlasser über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 18 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Motors 10 zu ermöglichen. Das Antriebsrad oder die Antriebsräder können in Rollkontakt mit einer Antriebsfläche stehen. Das Rad (die Räder) kann (können) ein Bremssystem aufweisen, das, wenn es angewendet wird, die Räder verlangsamen kann oder ihre Drehung anhalten kann. Zusätzlich kann die Wirkung des Motors 10 zusätzlich dazu, dass eine Antriebskraft zum Ausführen einer Bewegung bereitgestellt wird, eine Brems- oder Verzögerungskraft bereitstellen, um das Rad (die Räder) zu verlangsamen oder seine (ihre) Drehung anzuhalten.
-
Die Verbrennungskammer 14 kann Ansaugluft von einem Ansaugdurchgang 30 empfangen und Verbrennungsgase über einen Abgasdurchgang 32 ausstoßen. Der Ansaugdurchgang 30 und der Abgasdurchgang 32 können über ein Ansaugventil 34 bzw. ein Abgasventil 36 selektiv mit der Verbrennungskammer 14 kommunizieren. Eine Drossel 31 kann aufgenommen sein, um die Luftmenge zu steuern, die durch den Ansaugdurchgang 30 hindurchtreten kann. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Verbrennungskammer 14 zwei oder mehr Ansaugventile und/oder zwei oder mehr Abgasventile aufweisen.
-
In diesem Beispiel können das Ansaugventil 34 und das Abgasventil 36 durch eine Nockenbetätigung über jeweilige Nockenbetätigungssysteme 38 und 40 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 38 und 40 können jeweils eine oder mehrere Nocken 42 aufweisen und eines oder mehrere von einem Nockenprofilschalt-("cam profile switching" – CPS)-System, einem veränderlichen Nockenzeitsteuerungs-("variable cam timing" – VCT)-System, einem veränderlichen Ventilzeitsteuerungs-("variable valve timing" – VVT)-System und/oder einem veränderlichen Ventilhub-("variable valve lift" – VVL)-System verwenden, die durch die Steuereinrichtung betätigt werden können, um den Ventilbetrieb zu ändern. Die Nocken 42 können dafür ausgelegt sein, sich an jeweiligen umlaufenden Nockenwellen 44 zu drehen. Wie dargestellt können die Nockenwellen 44 in einer doppelten oben liegenden Nockenwellen-("double overhead camshaft" – DOHC)-Konfiguration vorliegen, wenngleich auch alternative Konfigurationen möglich sein können. Die Position des Ansaugventils 34 und des Abgasventils 36 können durch Positionssensoren (nicht dargestellt) bestimmt werden. Gemäß alternativen Ausführungsformen können das Ansaugventil 34 und/oder das Abgasventil 36 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Beispielsweise kann der Zylinder 16 ein durch elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Ansaugventil und ein durch Nockenbetätigung, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systeme, gesteuertes Abgasventil aufweisen.
-
Gemäß einer Ausführungsform können zwei unabhängige VCT an jeder Bank eines V-Motors verwendet werden. Beispielsweise kann der Zylinder in einer Bank des V einen Ansaugnocken und einen Abgasnocken, die unabhängig einstellbar sind, aufweisen, wobei die Nockenzeitsteuerung von jedem vom Ansaugnocken und vom Abgasnocken in Bezug auf die Kurbelwellenzeitsteuerung unabhängig eingestellt werden kann.
-
Der Kraftstoffeinspritzer 50 ist wie dargestellt direkt mit der Verbrennungskammer 14 gekoppelt, um darin direkt Kraftstoff proportional zu einer Pulsbreite eines Signals, das von der Steuereinrichtung empfangen werden kann, einzuspritzen. Auf diese Weise kann der Kraftstoffeinspritzer 50 eine so genannte Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Verbrennungskammer 14 bereitstellen. Der Kraftstoffeinspritzer 50 kann beispielsweise in der Seite der Verbrennungskammer 14 oder oben in der Verbrennungskammer 14 montiert werden. Der Kraftstoff kann dem Kraftstoffeinspritzer 50 durch ein Kraftstoffsystem, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffzuteiler (nicht dargestellt) aufweisen kann, über eine Kraftstoffleitung 51 zugeführt werden. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Verbrennungskammer 14 in einer Konfiguration, die etwas bereitstellt, was als Saugrohreinspritzung von Kraftstoff in den Ansaugstutzen stromaufwärts der Verbrennungskammer 14 bekannt ist, alternativ oder zusätzlich einen Kraftstoffeinspritzer aufweisen, der in einem Ansaugdurchgang 30 angeordnet ist. Die Kraftstoffleitung 51 kann ein Schlauch oder ein Durchgang sein, der mit einer passenden Motorkomponente in der Art eines Zylinderkopfs 60 gekoppelt sein kann.
-
Ein Zündsystem 52 kann der Verbrennungskammer 14 über eine Zündkerze 54 ansprechend auf ein Funkenvorlaufsignal von der Steuereinrichtung unter ausgewählten Betriebsmodi einen Zündfunken bereitstellen. Wenngleich Funkenzündkomponenten dargestellt sind, können gemäß einigen Ausführungsformen die Verbrennungskammer 14 oder eine oder mehrere andere Verbrennungskammern des Motors 10 mit oder ohne eine Zündkerze in einem Kompressionszündmodus betrieben werden.
-
Der Zylinderkopf 60 kann mit einem Zylinderblock 62 gekoppelt sein. Der Zylinderkopf 60 kann dafür ausgelegt sein, das Ansaugventil (die Ansaugventile) 34, das Abgasventil (die Abgasventile) 36, die zugeordneten Ventilbetätigungssysteme 38 und 40 und dergleichen operativ aufzunehmen und/oder zu tragen. Der Zylinderkopf 60 kann auch die Nockenwellen 44 tragen. Eine Nockenabdeckung 64 kann mit dem Zylinderkopf 60 gekoppelt und/oder daran angebracht sein und die zugeordneten Ventilbetätigungssysteme 38 und 40 und dergleichen aufnehmen. Andere Komponenten in der Art der Zündkerze 54 können auch vom Zylinderkopf 60 aufgenommen und/oder getragen werden. Ein Zylinderblock 62 oder ein Motorblock kann dafür ausgelegt sein, den Kolben 16 aufzunehmen. Bei einem Beispiel kann der Zylinderkopf 60 einem Zylinder 12 entsprechen, der sich an einem ersten Ende des Motors befindet. Wenngleich 1 nur einen Zylinder 12 eines Mehrzylindermotors 10 zeigt, kann jeder Zylinder 12 ähnlich seinen eigenen Satz von Ansaug-/Abgasventilen, einen Kraftstoffeinspritzer, eine Zündkerze usw. aufweisen.
-
Der Motor 10 kann einen Turbolader 190 mit einem Turbokompressor 94, der auf einem Einlassluftweg 96 zum Komprimieren eines Einlassfluids, bevor das Einlassfluid zum Ansaugdurchgang 30 des Motors 10 übertragen wird, aufweisen. Bei einigen Anwendungen kann ein Ladeluftkühler (nicht dargestellt) aufgenommen sein, um die Ansaugladung zu kühlen, bevor sie in den Motor eintritt. Der Turbokompressor 94 kann durch eine Abgasturbine 98 angetrieben werden, die durch Abgase angetrieben werden kann, die den Abgaskrümmer 32 verlassen. In einigen Fällen kann sich die Drossel 31 stromabwärts des Turbokompressors 94 statt stromaufwärts von diesem befinden, wie dargestellt. Der Turbokompressor 94 kann über eine Turbinenwelle 126 zur Drehung mit der Abgasturbine 98 gekoppelt sein. Die Turbinenwelle 126 kann zur Drehung durch Turbinenlager (nicht dargestellt) gehalten werden und kann mit einem Turbinenlagerschmiersystem geschmiert werden. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, kann der Motor 10 eine Abgasrückführungsleitung (EGR-Leitung) und/oder ein EGR-System aufweisen.
-
Die Strömung von Abgasen durch die Abgasturbine 98 kann beispielsweise durch eine Ladedruckregelklappe 100 geregelt oder gesteuert werden, die dafür ausgelegt ist, Abgase von der Abgasturbine 98 fort und zu einer Abgasleitung 102 umzuleiten. Die Umleitung der Abgase kann dabei helfen, die Geschwindigkeit der Abgasturbine 98 zu regeln, welche wiederum die Drehgeschwindigkeit des Turbokompressors 94 regeln kann. Die Ladedruckregelklappe 100 kann als ein Ventil ausgelegt sein. Die Ladedruckregelklappe 100 kann verwendet werden, um beispielsweise einen maximalen Aufladedruck im Turboladersystem zu regeln, was dabei helfen kann, den Motor und den Turbolader zu schützen.
-
Die Abgasleitung 102 kann eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen 104 aufweisen, die in einer eng gekoppelten Position in der Abgasleitung 102 angebracht sein können. Die eine oder die mehreren Emissionssteuervorrichtungen 104 können beispielsweise einen Dreiwegekatalysator, eine magere NOx-Falle, ein Dieselteilchenfilter, einen Oxidationskatalysator usw. aufweisen.
-
2 ist eine Seitenansicht eines Abschnitts einer Turbine mit veränderlicher Geometrie gemäß der vorliegenden Offenbarung. 3 ist eine "radiale" Ansicht einer Anzahl von Düsenflügeln 204, welche schematisch ein Beispiel in Bezug auf ihre Beabstandung zeigt. Mit Bezug auf die 1–3 sei nun bemerkt, dass der Motor 10 auch eine Turbine 200 mit veränderlicher Geometrie aufweisen kann, die dafür ausgelegt sein kann, einen gewünschten Betrag der durch den Kompressor 94 bereitgestellten Verstärkung einzustellen. Die Turbine 200 mit veränderlicher Geometrie kann die Strömung des Abgases durch die Turbine 98 ändern, was das Steuern des Winkels, unter dem das Abgas auf eine oder mehrere Turbinenschaufeln 202 trifft, und/oder das Steuern der Querschnittsfläche von Kanälen 206 zwischen Düsenflügeln 204 stromaufwärts der Turbinenschaufeln 202, durch die das Abgas hindurchtritt, aufweisen kann. Die Flügel 204 können dafür ausgelegt sein, in eine Richtung zu schwenken, um die Querschnittsfläche der Kanäle 206 stromaufwärts der Turbine zu erhöhen, wodurch auch der Einfallswinkel des durch die Turbinenschaufeln 202 strömenden Gases verringert werden kann. Die Flügel 204 können auch dafür ausgelegt sein, in die entgegengesetzte Richtung zu schwenken, um die Querschnittsfläche der Kanäle 206 zu verringern, wodurch der Einfallswinkel des durch die Turbinenschaufeln strömenden Gases erhöht werden kann. Die Düsenflügel 204 können in einem Gehäuse 208 untergebracht sein.
-
Die Flügel 204 können auch dafür ausgelegt sein, so zu schwenken, dass sie den Abgasstrom erheblich beschränken. Dies kann einen Staudruck im Abgasdurchgang 32 erzeugen. Der Kolben (die Kolben) 16 können dann gezwungen werden, gegen den Staudruck zu arbeiten, um das verbrannte Gas aus dem Zylinder (den Zylindern) 14 auszustoßen, wodurch der Motor 10 und das Fahrzeug verlangsamt werden. Dies kann als eine Motorbremsung bezeichnet werden.
-
Die dargestellten Ausführungsformen können eine Turbine 200 mit veränderlicher Geometrie, die ein Turbinenrad 98 aufweisen kann, und mehrere einstellbare Flügel 204, die radial um das Turbinenrad 98 angeordnet sind, aufweisen. Ein Strömungsunterbrechungsmerkmal 210 kann auf einer oder mehreren Außenflächen 212 von einem der mehreren einstellbaren Flügel 204 vorhanden sein. Das Strömungsunterbrechungsmerkmal 210 kann mehrere Strömungsunterbrechungsmerkmale 210 aufweisen, die jeweils an eine jeweilige Hinterkante 214 der mehreren einstellbaren Flügel 204 angrenzen. Auf diese Weise können die Strömungsunterbrechungsmerkmale 210 eine Schockwelle verringern oder beseitigen, die andernfalls auftreten kann, wenn das Abgas durch den beschränkten Kanal (die beschränkten Kanäle) 206 hindurchtritt.
-
Gemäß einigen Ausführungsformen kann jedes Strömungsunterbrechungsmerkmal 210 die gesamte Fläche 212 eines oder mehrerer einstellbarer Flügel 204 oder einen Teil davon belegen. Beispielsweise kann jedes Strömungsunterbrechungsmerkmal 210 in manchen Fällen etwa 10 % bis 40 % einer Oberfläche 212 einer Seite von jedem der mehreren einstellbaren Flügel 204 belegen.
-
Ausführungsformen können eine Turbine 200 mit veränderlicher Geometrie vorsehen, wobei die mehreren einstellbaren Flügel 204 einstellbar sein können, um die Strömung eines Abgases in entsprechenden mehreren beschränkten Wegen 206 zu beschränken. Die mehreren beschränkten Wege 206 können zwischen einer Vorderkante 216 eines Flügels 204 und einer Hinterkante 210 eines benachbarten Flügels 204 angeordnet sein. Das Strömungsunterbrechungsmerkmal 210 kann eine entsprechende Anzahl von Strömungsunterbrechungsmerkmalen 210 auf jedem Flügel auf einer zu einer jeweiligen Anzahl beschränkter Wege 206 entgegengesetzten Seite 218 sein.
-
4 ist eine als Beispiel dienende Bodenansicht eines als Beispiel dienenden Flügels 204, und 5 ist eine Schnittansicht an der Linie 5-5 in 4. Das Beispiel zeigt einen Fall, in dem das Strömungsunterbrechungsmerkmal 210 eine Rille 220 aufweisen kann. In manchen Fällen kann das Strömungsunterbrechungsmerkmal 210 zwei oder mehr parallele Rillen 220 aufweisen.
-
6 ist eine als Beispiel dienende Bodenansicht eines anderen als Beispiel dienenden Flügels 204 einer Turbine mit veränderlicher Geometrie, wobei sich ein Strömungsunterbrechungsmerkmal 210 im Wesentlichen angrenzend an eine erste Seite 240 eines Unterteils jedes des einen oder der mehreren einstellbarem Flügel befinden kann. Die erste Seite kann eine Nabenseite des Flügels sein. 7 ist eine als Beispiel dienende Bodenansicht eines anderen als Beispiel dienenden Flügels einer Turbine mit veränderlicher Geometrie, wobei sich ein Strömungsunterbrechungsmerkmal 210 im Wesentlichen angrenzend an eine zweite Seite 242 eines Unterteils jedes des einen oder der mehreren einstellbarem Flügel befinden kann. In den dargestellten Beispielen sind die Strömungsunterbrechungsmerkmale 210 als Rillen 220 dargestellt. In anderen Fällen können die Strömungsunterbrechungsmerkmale 210 anders geformt sein.
-
8 ist eine Schnittansicht eines anderen Flügels 204 gemäß der vorliegenden Offenbarung, wobei die Strömungsunterbrechungsmerkmale 210 zwei oder mehr parallele Rillen 220 aufweisen können, wobei jede einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit einem im Wesentlichen flachen Unterteil aufweisen kann. Dieses Beispiel kann mit 5 verglichen werden, wobei zwei oder mehr parallele Rillen 220 ein gewinkeltes oder gerades talartiges Profil bilden können.
-
9 ist eine als Beispiel dienende Bodenansicht eines anderen als Beispiel dienenden Flügels 204, der geradlinige Strömungsunterbrechungsmerkmale aufweist, und 10 ist eine Schnittansicht an der Linie 10-10 in 9. In manchen Fällen können verschiedene Innenradien verwendet werden. Das dargestellte Beispiel zeigt einen Bereich ähnlich großer rechteckiger Mulden 222 oder Löcher von im Wesentlichen der ersten Seite zur zweiten Seite des Flügels. In anderen Beispielen können die Merkmale in einem anderen Muster in der Art eines Versatzmusters oder eines zufälligen Musters und dergleichen angeordnet sein. Die Merkmale können sich alle oder hauptsächlich angrenzend an die erste Seite oder alternativ die zweite Seite befinden. Die Merkmale können parallel und senkrecht zu den Kanten des Flügels angeordnet sein oder unter einem Winkel angeordnet sein.
-
11 ist eine als Beispiel dienende Bodenansicht, und 12 ist eine Schnittansicht an der Linie 12-12 in 11, worin ein anderer als Beispiel dienender Flügel mit gekrümmten Strömungsunterbrechungsmerkmalen dargestellt ist. Das Beispiel erläutert einen Fall, in dem das Strömungsunterbrechungsmerkmal 210 eine Mulde 222 aufweisen kann. Das Strömungsunterbrechungsmerkmal 210 kann zwei oder mehr Mulden 222 aufweisen. Die Strömungsunterbrechungsmerkmale 210 können mehrere im Wesentlichen runde Mulden aufweisen.
-
Verschiedene Ausführungsformen können einen Düsenflügel 204 für eine Turbine 200 mit veränderlicher Geometrie für einen Turbolader 190 bereitstellen. Der Düsenflügel 204 kann eine Vorderkante 216 und eine Hinterkante 214 aufweisen. Der Düsenflügel 204 kann eine Außenfläche 212 zum Lenken einer Strömung von Abgasen zu einer Turbine 98 des Turboladers 190 von der Vorderkante 216 zur Hinterkante 218 aufweisen. Der Düsenflügel 204 kann auch ein oder mehrere Strömungsunterbrechungsmerkmale 210 auf der Außenfläche 212 aufweisen, um die Strömung angrenzend an die Hinterkante 214 zu unterbrechen.
-
In manchen Fällen können das eine oder die mehreren Strömungsunterbrechungsmerkmale 210 eine oder mehrere Rillen 220 sein, die in der Nähe der Hinterkante 214 ausgebildet sind. In anderen Fällen können das eine oder die mehreren Strömungsunterbrechungsmerkmale 210 eine oder mehrere Mulden 222 sein, die in der Nähe der Hinterkante 214 ausgebildet sind. In wieder anderen Fällen können die Strömungsunterbrechungsmerkmale 210 eine Kombination von Rillen und Mulden aufweisen, oder sie können andere Formen aufweisen, einschließlich beispielsweise Löcher oder Höcker und dergleichen, und/oder sie können verschiedene Kombinationen verschiedener Merkmale verschiedener Formen aufweisen. In verschiedenen Fällen können die Strömungsunterbrechungsmerkmale 210 verschiedene Prozentsätze der Außenfläche belegen. Beispielsweise können die Strömungsunterbrechungsmerkmale 210 zwischen 10 % und 30 % einer Seite der Außenfläche 212 belegen.
-
Der Düsenflügel 204 und mehrere ähnlich ausgelegte andere Düsenflügel 204 können in einem Ring angeordnet sein und dafür ausgelegt sein, von einer verhältnismäßig nicht beschränkenden Konfiguration zu einer strömungsbeschränkenden Konfiguration zu schwenken, wobei benachbarte Düsenflügel 204 im Ring von Düsenflügeln 204 die Strömung zwischen einer unteren oder radial inneren Fläche 224 einer Vorderkante 216 eines Düsenflügels 204 und einer oberen oder radial äußeren Fläche 226 einer Hinterkante 214 eines benachbarten Düsenflügels 204 beschränken können. Das eine oder die mehreren Strömungsunterbrechungsmerkmale 210 können sich auf der unteren Fläche 224 in der Nähe der Hinterkante 214 jedes Düsenflügels 204 befinden.
-
Das eine oder die mehreren Strömungsunterbrechungsmerkmale 210 können parallele Rillen 220 sein, die in der unteren Fläche 212 in der Nähe der Hinterkante 214 ausgebildet sind. In manchen Fällen können die parallelen Rillen 220 einen Winkel 228 mit einer Endkante 230 der Hinterkante 214 bilden. In anderen Fällen können die parallelen Rillen im Wesentlichen parallel zur Endkante 230 der Hinterkante 214 sein.
-
Es sei bemerkt, dass die hier beschriebenen Systeme beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen oder Beispiele nicht als einschränkend anzusehen sind, weil zahlreiche Variationen erwogen werden. Dementsprechend schließt die vorliegende Offenbarung alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen der verschiedenen hier offenbarten Systeme sowie alle beliebigen Entsprechungen davon ein.
-
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
-
