WO2013135348A1 - Turbine mit axial verschiebbarem verstellelement für einen abgasturbolader - Google Patents

Turbine mit axial verschiebbarem verstellelement für einen abgasturbolader Download PDF

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WO2013135348A1
WO2013135348A1 PCT/EP2013/000627 EP2013000627W WO2013135348A1 WO 2013135348 A1 WO2013135348 A1 WO 2013135348A1 EP 2013000627 W EP2013000627 W EP 2013000627W WO 2013135348 A1 WO2013135348 A1 WO 2013135348A1
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WO
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turbine
exhaust gas
adjusting element
obliquely
flow
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/000627
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thorben Kotzbacher
Tobias Scheuermann
Jan Ehrhard
Original Assignee
Ihi Charging Systems International Gmbh
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/52—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof cases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
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    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/52—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof cases
    • H01R13/5213—Covers

Definitions

  • the invention relates to a turbine for an exhaust gas turbocharger specified in the preamble of claim 1. Art.
  • DE 43 30 487 C1 discloses a turbine for an exhaust gas turbocharger, with a
  • the turbine housing has a receiving space and at least one feed channel through which exhaust gas can flow.
  • a turbine wheel of the turbine is rotatably received about an axis of rotation relative to the turbine housing.
  • the feed channel By means of the feed channel, the exhaust gas is supplied to the turbine wheel.
  • the exhaust gas is supplied by means of the feed channel at least partially obliquely to the axial direction and obliquely to the radial direction.
  • the flow direction of the exhaust gas through the supply passage in the direction of the turbine wheel has both a component in the radial direction and a component in the axial direction.
  • the turbine according to the invention comprises an adjusting element which is displaceable in the axial direction between at least two positions relative to the turbine housing and which is arranged in at least one of the positions in the feed channel and by means of which a flow cross section of the feed channel through which the exhaust gas can flow is adjustable.
  • a flow cross section of the feed channel through which the exhaust gas can flow is adjustable.
  • Vanes are not provided for adjusting the mass flow and exhaust back pressure. Relative to the turbine housing movable, in particular rotatable about an axis of rotation vanes, inherently require a respective functional gap to avoid jamming and / or other malfunctions and their
  • the axially displaceable adjusting element has a low complexity, which leads to a high functional performance safety even with a long service life with high exhaust gas temperatures. Furthermore, this is axially displaceable Adjustment time and cost produced and slidable with little effort in the axial direction.
  • the turbine according to the invention can also be adapted efficiently to different mass flows of the exhaust gas.
  • the turbine according to the invention is both at high
  • the turbine housing has at least one at least partially the supply channel limiting and at least partially obliquely to the axial direction and oblique to the radial direction extending wall for supplying the exhaust gas obliquely to the axial direction and obliquely to the radial direction to the turbine wheel.
  • the adjusting element has a wall facing and at least partially obliquely to the axial direction and obliquely to the radial direction extending end side, which preferably at least substantially with respect to its outer contour with the
  • Outer contour of the wall corresponds or complementary formed.
  • the adjustable flow cross-section is limited in at least one of the positions at least partially on the one hand by the wall and on the other hand by the end face.
  • At least one bypass channel of the turbine is fluidically releasable and can be fluidly blocked.
  • the bypass channel is the
  • the exhaust gas can flow through the bypass passage and thereby bypass the turbine wheel without driving the turbine wheel.
  • the exhaust gas is at least partially branched off from upstream of the turbine wheel, in particular from the feed channel and introduced downstream of the turbine wheel in a turbine outlet.
  • the adjusting element thus provides, in addition to the adjustability of the flow cross-section, a bypass functionality, a so-called blow-by functionality, by means of which the turbine and thus an exhaust gas turbocharger comprising the turbine can be operated particularly efficiently while avoiding overloading.
  • the adjusting element thus has a very high functional integration, which keeps the number of parts, the weight and the cost of the turbine according to the invention low.
  • Actuator can be realized by means of which the adjusting element is adjustable in the axial direction relative to the turbine housing. Respective, separate actuators for
  • the turbine can be optimized in particular in terms of their operation in relatively low speed and / or load ranges of the internal combustion engine and thus at relatively low mass flows of the exhaust gas while simultaneously protected against overload in operation while high mass flows, since, in particular, at very high mass flows of the exhaust gas, at least part of the exhaust gas at the turbine wheel via the fluidic
  • Shared bypass channel can be bypassed.
  • the turbine wheel has at least one leading edge over which the turbine wheel of the flow cross-section
  • the leading edge has at least one length region which has a first angle which is different from 0 degrees in a plane which is formed extending between the axial direction and the circumferential direction and with respect to the axial direction.
  • the axial flow can be absorbed so that a low-loss total flow of the turbine wheel can be realized.
  • the axial component of the flow variable such that over the entire operating range of the exhaust gas turbocharger an optimized, ie with respect to the prior art increased turbine efficiency can be achieved.
  • the first angle is in a range of -45 degrees to +45 degrees inclusive.
  • the length range with the axis of rotation of the turbine wheel includes a second angle different from 0 degrees.
  • the second angle may refer to an imaginary plane to which the second angle is projected.
  • the length range starting from a Ralaut the turbine wheel in the axial direction to the turbine outlet from radially inward to radially outward or from radially outward to radially inward.
  • the adjustment of the first angle and the second angle by the corresponding design of the length range represent respective degrees of freedom in order to adapt the turbine wheel and thus the turbine to different flow conditions as needed.
  • the length range of the leading edge may be at least partially arcuate or straight, whereby flow conditions for the exhaust gas can be adjusted.
  • Leading edge at least one further length range of the leading edge, which extends at least substantially parallel to the axis of rotation.
  • the turbine wheel in particular streamlined particularly at least substantially in the radial direction of the exhaust gas flow, which is beneficial to the particularly efficient operation of the turbine.
  • the drawing shows in: 1 shows a detail of a schematic longitudinal sectional view of a turbine of an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, with a displaceable adjusting element, which is set in a first position.
  • Fig. 5a-c each detail a schematic side view of each
  • Fig. 7 is a schematic side view of an embodiment of a
  • Turbine wheel of the turbine according to Figures 1 to 4 a detail of a schematic longitudinal sectional view of the turbine according to Figure 1 with an adjusting element in a first variant ..;
  • FIG. 10 shows a detail of a further schematic longitudinal sectional view of the turbine according to FIGS. 8 and 9, wherein the adjusting element is set in a third position and
  • FIG. 11 in fragmentary form a schematic longitudinal sectional view of the turbine
  • FIG. 1 shows a turbine 10 of an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, designed, for example, as a reciprocating internal combustion engine.
  • the turbine 10 comprises a turbine housing 2, which comprises a receiving space 14.
  • a turbine wheel 16 of the turbine 10 is received at least partially.
  • the turbine wheel 16 is rotatable about an axis of rotation 18 relative to the turbine housing 12.
  • the turbine housing 12 also has a feed channel 20 through which exhaust gas from the internal combustion engine can flow.
  • the feed channel 20 extends in the circumferential direction of the turbine wheel 16 over its circumference and is, for example, at least substantially spiral-shaped.
  • the feed channel 20 is also referred to as a volute. For a better understanding, assume a virtual plane which is formed perpendicular to the axis of rotation 18 of the turbine wheel 16.
  • the turbine housing 12 has a wall 22, which delimits the feed channel 20 at least partially and bounding to the virtual plane.
  • the exhaust gas flowing through the feed channel 20 is discharged or deflected to the turbine wheel 16.
  • the exhaust gas flows to the turbine wheel 16 at a certain angle, an angle a, which is formed between the virtual plane and the flow.
  • the exhaust gas flowing in the turbine wheel 16 has, in addition to the usual radial component and peripheral component, an axial component with respect to its flow direction. The larger the angle ⁇ , the greater the proportion of the axial component in the flow direction of the exhaust gas to the turbine wheel 16.
  • the turbine 10 also includes an adjusting element 24, which is displaceable in the axial direction of the turbine 10, ie, displaceable at least substantially parallel to the axis of rotation 18 and which is at least substantially annular.
  • the adjusting element 24 is in this case between a first end position shown in FIG. 1 and one in FIG. 4 shown, second end position relative to the turbine housing in the axial direction translationally displaceable.
  • the end positions limit an adjustment range of the adjusting element 24, the end positions belonging to the adjustment range.
  • the adjusting element 24 is in the adjustment gradually or at least in
  • FIGS. 2 and 3 Two further positions of the adjusting element 24 are shown in FIGS. 2 and 3, which lie in the adjustment range between the first end position and the second end position.
  • the adjusting element 24 has a wall 22 facing the end face 26, which is at least substantially complementary to the outer contour of the wall 22 formed in terms of their outer contour and thus also runs obliquely to the axial direction and obliquely to the radial direction.
  • a flow cross section b3 through which the exhaust gas flowing through the feed channel 20 is bounded on the one hand by the wall 22 and on the other hand by the end face 26.
  • the flow cross-section b3 by means of displacement of the
  • Adjustment element 24 can be variably adjusted.
  • the flow cross section b3 is maximally narrowed or adjusted to its smallest possible value, for which reason the first end position is also referred to as closed position or as 0% position of the adjusting element 24.
  • the mass flow of the exhaust gas through the turbine 10 and thus the exhaust gas back pressure can be variably adjusted. It is also possible by means of displacement of the adjusting element 24, the derivation or the deflection of the exhaust gas and thus the axial component of its flow direction, i. to adjust the angle a. In the closed position, the angle a has its maximum possible value.
  • Flow cross-section b3 enlarged.
  • the radial component at the flow direction of the exhaust gas increases.
  • positions of the adjustment 24 form or limit the wall 22, the end face 26 a circumferential direction and at least substantially annular nozzle 28 through which the exhaust gas flows to the turbine 16 and which has the flow cross section b3.
  • the flow cross section b3 is greater than 0. This means that the nozzle 28 is not completely closed even in the closed position and the turbine wheel 16 can flow in the closed position of the adjusting element 24 exhaust gas.
  • a sealing element 30 To avoid unwanted leaks, a sealing element 30,
  • an O-ring provided, which is on the one hand received in a groove 32 of the turbine 10 and on the other hand rests on the adjusting element 24. As a result, the adjusting element 24 is sealed against the turbine housing 12.
  • the adjustment of the axial flow direction i. the axial component used in the flow direction of the exhaust gas to avoid losses, especially in low speed and / or load ranges of the internal combustion engine or at least to keep low.
  • the displacement of the adjusting element 24 into the feed channel 20 not only reduces the flow cross section b3 but also successively reduces a ratio A / r, where A denotes a circumferential flow cross section of the feed channel 20 in the circumferential direction and r the distance of the centroid of the circumferential flow cross section A from the axis of rotation 18.
  • a successive reduction of the ratio A / r and thus the flow cross section b3 ensures a change in the flow direction both in the radial direction and in
  • the impeller blade of the turbine wheel 16 has a leading edge 34, via which the turbine wheel 16 can be flowed by the exhaust gas flowing through the feed channel 20.
  • the leading edge 34 has a first longitudinal region 36 and a second longitudinal region 38 adjoining it in the axial direction, which are formed inclined relative to each other.
  • the first length region 36 extends obliquely to the axial direction and obliquely to the radial direction.
  • the first length region 36 extends from a wheel back 40 of the turbine wheel 16 in the axial direction to a turbine outlet 42 out radially outward.
  • the adjoining second length region 38 extends at least substantially parallel to the axial direction.
  • Adjusting element 24 is covered, while the first length portion 36 is only partially covered in the radial direction of the adjusting element 24 to the outside.
  • the first length portion 36 includes a first angle formed with a plane extending between the axial direction and the circumferential direction, which is in a range of -45 ° inclusive to + 45 ° inclusive.
  • the first angle can be seen in particular in FIG. 7 and denoted by ⁇ ⁇ _ ax .
  • the axial flow component of the exhaust gas and the angle ⁇ ⁇ _ 3 ⁇ have a positive effect on the flow of the turbine wheel 16 and flow losses are kept particularly low.
  • the angle ⁇ ⁇ _ 3 ⁇ is different from 0 °.
  • Fig. 2 shows the adjusting element 24 in a first position, in which the entire leading edge 34, i. both the first length region 36 and the second one
  • Length range 38 from which exhaust gas can be flowed. Since the leading edge 34 is completely released by means of the adjusting element 24, the first position is also referred to as a 100% position. Compared to the first end position (closed position) shown in FIG. 1, the adjusting element 24 is moved out of the feed channel 20, which is with the
  • the turbine 10 also has a bypass channel 44, which is delimited by means of the turbine housing 12 and via which the exhaust gas can at least partially bypass the turbine wheel 16 and thus can not drive it.
  • the bypass channel 44 In the first end position (closed position), in the first position and possibly in other positions of the adjusting element 24, the bypass channel 44 is fluidly blocked, so that the bypass channel 44 can not be traversed by exhaust gas and thus the turbine wheel 16 can not be bypassed by exhaust gas.
  • Fig. 3 shows the adjusting element 24 in a second position, in which the
  • bypass passage 44 is partially released. Thus, exhaust gas from the upstream of the turbine wheel 16 may flow into the bypass passage 44, bypass the turbine wheel 16 and thereby not drive.
  • the bypass passage 44 directs the exhaust gas downstream of the turbine wheel 16 into the turbine outlet 42.
  • the second position is referred to as the 105% position of the adjustment element 24.
  • FIGS. 3 and 4 show the adjusting element 24 in its second end position, which is also referred to as open position and 110% position.
  • the bypass channel 44 can be adjusted with respect to its bypass flow cross section Au by means of the adjusting element 24.
  • a so-called blow-by functionality is provided, so that the turbine 10 to an operation in relatively low speed and / or load ranges of
  • the turbine 10 thus has a very high throughput parameter or a very high throughput spread and a very wide expansion ratio range. Due to the adjustability of the
  • Bypass flow cross section Au of the bypass passage 44 may also be the
  • Mass flow of the bypass passage 44 flowing through the exhaust gas can be adjusted variably and as needed.
  • FIGS. 5a-c show the adjusting element 24 with different wall thicknesses extending in the radial direction.
  • the ratio A / r can be influenced and adjusted as needed.
  • Fig. 6a shows the adjusting element 24, the end face 26 extends at least substantially straight. As shown by a solid and a dashed line, the end face 26 can with respect to their inclination, i. be varied with respect to their course obliquely to the radial direction and obliquely to the axial direction.
  • FIG. 6b shows a further embodiment of the adjusting element 24, wherein the end face 26 is arc-shaped at least in some areas and, for example, has a radius R.
  • FIG. 7 shows that the leading edge 34, in particular in its first longitudinal region 36, may be straight or at least substantially arcuate with respect to the plane extending at least substantially perpendicular to the axis of rotation 18. Further, it is possible that the leading edge 34 different in another plane with a second angle of 0 degrees, the angle ß r _ tend ax, said further plane between the axial direction and the radial direction is formed to extend.
  • the leading edge 34 may be straight or at least substantially arcuate with respect to the plane extending at least substantially parallel to the axis of rotation 18, and optionally in regions with radial or mixed, i. be divided with both radial and axial components.
  • a first region B1 refers to the radial component, while a second region B2 refers to the mixed, i. radial and axial components.
  • the adjusting element 24 has a region which faces the feed channel 20
  • Flow channel 46 with an inlet opening 48 and an outlet opening 50.
  • the inlet opening 48 is formed on the front side 26 and the outlet opening 50 is formed on an annular surface 56 of the adjusting element 24 which faces the turbine wheel 16.
  • a plurality of flow channels 46 are formed over the circumference of the adjusting element 24, so that even with small openings of the adjusting element 24, a sufficient bypass quantity can be conducted past the turbine wheel 16.
  • the flow channel 46 is made by means of a first bore and a second bore.
  • the flow channel 46 can also be introduced by eroding or directly during casting by means of, for example, a lost shape in the adjusting element 24.
  • the flow channel 46 can also be in the form of an annular channel in the adjusting element 24
  • Fig.11 shows.
  • the inlet opening 48 annular to the end face 26 and the outlet opening 50 is also annular on the Ring surface 56 are formed.
  • Due to the annular channel 46 a division of the adjusting element 24 results in two regions, the first element region 58 and the second element region 60. That is, the flow channel 46 is formed between the first element region 58 and the second element region 60.
  • three retaining elements 52 are provided, which are web-like. Particularly ideal for flow have the
  • the first element region 58 has a first wall 62 delimiting the annular channel 46 on its outer circumference, wherein the second element region 60 is configured adjacent to an inner circumference of the annular channel 46 and thus delimits the annular channel 46 at its inner periphery by means of a second wall 64 ,
  • Both a flow cross-section of the flow channel 46 and a channel shape along a flow axis of the flow channel 46 can be designed as desired.
  • FIGS. 8 to 11 show possible embodiments of the flow channel 46

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbine für einen Abgasturbolader, mit einem einen Aufnahmeraum (12) für ein um eine Drehachse (18) drehbares Turbinenrad (16) der Turbine (10) aufweisenden Turbinengehäuse (12), welches wenigstens einen von Abgas durchströmbaren Zuführkanal (20) aufweist, mittels welchem das Abgas dem Turbinenrad (16) zumindest teilweise schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung zuführbar ist, wobei wenigstens ein zwischen wenigstens zwei Stellungen in axialer Richtung relativ zu dem Turbinengehäuse (12) verschiebbares Verstellelement (24) vorgesehen ist, welches zumindest in einer der Stellungen wenigstens bereichsweise in dem Zuführkanal (20) angeordnet ist und mittels welchem ein von dem Abgas durchströmbarer Strömungsquerschnitt (b3) des Zuführkanals (20) einstellbar ist. Erfindungsgemäß weist das Turbinengehäuse (12) zumindest eine den Zuführkanal (20) wenigstens bereichsweise begrenzende und zumindest bereichsweise schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung verlaufende Wandung (22) zum Zuführen des Abgases schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung zum Turbinenrad (16) auf, wobei das Verstellelement (24) eine der Wandung (22) zugewandte und wenigstens bereichsweise schräg zu axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung verlaufende Stirnseite (26) aufweist, und wobei der einstellbare Strömungsquerschnitt (b3) in wenigstens einer der Stellungen wenigstens bereichsweise einerseits von der Wandung (22) und andererseits von der Stirnseite (26) begrenzt ist.

Description

TURBINE MIT AXIAL VERSCHIEBBAREM VERSTELLELEMENT
FÜR EINEN ABGASTURBOLADER
Die Erfindung betrifft eine Turbine für einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Die DE 43 30 487 C1 offenbart eine Turbine für einen Abgasturbolader, mit einem
Turbinengehäuse. Das Turbinengehäuse weist einen Aufnahmeraum und wenigstens einen von Abgas durchströmbaren Zuführkanal auf. In dem Aufnahmeraum ist ein Turbinenrad der Turbine um eine Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse drehbar aufgenommen. Mittels des Zuführkanals wird das Abgas dem Turbinenrad zugeführt. Dabei wird das Abgas mittels des Zuführkanals zumindest teilweise schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung zugeführt. Mit anderen Worten weist die Strömungsrichtung des Abgases durch den Zuführkanal in Richtung des Turbinenrads sowohl eine Komponente in radialer Richtung als auch eine Komponente in axialer Richtung auf.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Turbine noch effizienter betreibbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Turbine für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Turbine umfasst ein in axialer Richtung zwischen wenigstens zwei Stellungen relativ zu dem Turbinengehäuse verschiebbares Verstellelement, welches in wenigstens einer der Stellungen in dem Zuführkanal angeordnet ist und mittels welchem ein von Abgas durchströmbarer Strömungsquerschnitt des Zuführkanals einstellbar ist. Mittels des axial verschiebbaren und in dem Zuführkanal angeordneten Verstellelements können infolge des Einstellens des Strömungsquerschnitts der Massenstrom des durch den Zuführkanal und damit des durch die Turbine strömenden Abgases sowie der Abgasgegendruck variabel und bedarfsgerecht eingestellt werden. Das Abgas ist beispielsweise das Abgas einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens.
Relativ zum Turbinengehäuse verstellbare und in dem Zuführkanal angeordnete
Leitschaufeln sind zum Einstellen des Massenstroms und des Abgasgegendrucks nicht vorgesehen. Relativ zum Turbinengehäuse bewegbare, insbesondere um eine Drehachse drehbare Leitschaufeln, erfordern prinzipbedingt einen jeweiligen Funktionsspalt, um ein Verklemmen und/oder anderweitige Fehlfunktionen zu vermeiden und ihre
Funktionsfähigkeit zu gewährleisten. Aus den Funktionsspalten resultieren sogenannte Sekundärströmungsverluste, welche den Wirkungsgrad und damit den effizienten Betrieb der Turbine beeinträchtigen.
Bei der erfindungsgemäßen Turbine können nun derartige Sekundärströmungsverluste vermieden oder zumindest sehr gering gehalten werden, woraus ein besonders effizienter und wirkungsgradgünstiger Betrieb der Turbine resultiert.
Auch relativ zum Turbinengehäuse feste bzw. unbewegbare und in dem Zuführkanal angeordnete Leitschaufeln zum Ableiten bzw. Umlenken des Abgases sind bei der erfindungsgemäßen Turbine nicht vonnöten und nicht vorgesehen. Das Umlenken bzw. Ableiten des Abgases, so dass das Abgas das Turbinenrad strömungsgünstig und somit effizient anströmt, erfolgt insbesondere mittels des Zuführkanals und des
Verstellelements, so dass das Abgas das Turbinenrad schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung anströmt.
Mit sukzessivem Schließen bzw. Verkleinern des Strömungsquerschnitts mittels des Verstellelements wird das Abgas mehr und mehr in axialer Richtung abgeleitet bzw.
umgelenkt. Umgekehrt wird mit sukzessivem Vergrößern des Strömungsquerschnitts das Abgas weniger stark in axialer Richtung umgelenkt und weist hinsichtlich seiner
Strömungsrichtung eine ausgeprägtere, radiale Komponente auf als bei demgegenüber verkleinertem Strömungsquerschnitt. Mit anderen Worten ist die Strömungsrichtung mit Hilfe des Verstellelements in ihrer axialen Richtung variierbar. Demzufolge ändert sich in jeder Stellposition des Verstellelements ebenfalls die radiale Komponente.
Darüber hinaus weist das axial verschiebbare Verstellelement eine geringe Komplexität auf, was zu einer hohen Funktionserfüllungssicherheit auch bei einer hohen Lebensdauer mit hohen Abgastemperaturen führt. Des Weiteren ist das axial verschiebbare Verstellelement zeit- und kostengünstig herstellbar und mit nur geringem Aufwand in axialer Richtung verschiebbar.
Infolge der Einstellbarkeit des Strömungsquerschnittes kann die erfindungsgemäße Turbine auch effizient an unterschiedliche Massenströme des Abgases angepasst werden. Somit ist die erfindungsgemäße Turbine sowohl bei hohen
Abgasmassenströmen als auch bei demgegenüber geringeren Abgasmassenströmen effizient betreibbar und weist einen hohen Durchsatzparameter bzw. eine sehr hohe Durchsatzspreizung sowie einen sehr breiten Expansionsverhältnisbereich auf.
Das Turbinengehäuse weist zumindest eine den Zuführkanal wenigstens bereichsweise begrenzende und zumindest bereichsweise schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung verlaufende Wandung zum Zuführen des Abgases schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung zum Turbinenrad auf. Ferner weist das Verstellelement eine der Wandung zugewandte und wenigstens bereichsweise schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung verlaufende Stirnseite auf, welche vorzugsweise hinsichtlich ihrer Außenkontur zumindest im Wesentlichen mit der
Außenkontur der Wandung korrespondiert bzw. komplementär ausgebildet ist. Dabei ist der einstellbare Strömungsquerschnitt in wenigstens einer der Stellungen wenigstens bereichsweise einerseits von der Wandung und andererseits von der Stirnseite begrenzt. Dadurch ist eine besonders strömungsgünstige Zuführung des Abgases zum Turbinenrad auf einfache, kostengünstige Weise realisiert, ohne dass relativ zum Turbinengehäuse bewegbare Kinematiken oder Mechanismen, welche Funktionsspalte erfordern würden, vorgesehen und vonnöten sind. Damit einher gehen geringe Kosten sowie ein besonders effizienter Betrieb der erfindungsgemäßen Turbine.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist mittels des Verschiebens des Verstellelements in axialer Richtung wenigstens ein Umgehungskanal der Turbine fluidisch freigebbar und fluidisch versperrbar. Über den Umgehungskanal ist das
Turbinenrad von zumindest einem Teil des Abgases zu umgehen. Mit anderen Worten kann das Abgas - wenn der Umgehungskanal mittels des Verstellelements fluidisch freigegeben ist - durch den Umgehungskanal strömen und dadurch das Turbinenrad, ohne das Turbinenrad anzutreiben umgehen. Dazu wird beispielsweise das Abgas zumindest teilweise von stromauf des Turbinenrads insbesondere aus dem Zuführkanal abgezweigt und stromab des Turbinenrads in einen Turbinenaustritt eingeleitet. Das Verstellelement stellt somit zusätzlich zur Einstellbarkeit des Strömungsquerschnittes eine Umgehungsfunktionalität, eine sogenannte Blow-By-Funktionalität, bereit, mittels welcher die Turbine und damit ein die Turbine umfassender Abgasturbolader besonders effizient unter Vermeidung einer Überlast betreibbar sind. Dies bedeutet, dass mittels des Verstellelements die Ableitung bzw. Umlenkung des Abgases einstellbar, die Blow-By- Funktionalität bereitstellbar sowie der Massenstrom des Abgases durch die Turbine einstellbar ist. Das Verstellelement weist somit eine sehr hohe Funktionsintegration auf, was die Teileanzahl, das Gewicht und die Kosten der erfindungsgemäßen Turbine gering hält. Die genannten, zahlreichen Funktionen können dabei mittels lediglich eines
Stellglieds realisiert werden, mittels welchem das Verstellelement in axialer Richtung relativ zum Turbinengehäuse verstellbar ist. Jeweilige, separate Stellglieder zur
Realisierung der genannten Funktionalitäten sind nicht vorgesehen und nicht vonnöten.
Aufgrund der Realisierung der Blow-By-Funktionalität kann die Turbine insbesondere hinsichtlich ihres Betriebs in relativ geringen Drehzahl- und/oder Lastbereichen der Verbrennungskraftmaschine und somit bei relativ geringen Massenströmen des Abgases optimiert und gleichzeitig beim Betrieb bei demgegenüber hohen Massenströmen vor einer Überlast geschützt werden, da insbesondere bei sehr hohen Massenströmen des Abgases zumindest ein Teil des Abgases am Turbinenrad über den fluidisch
freigegebenen Umgehungskanal vorbeigeleitet werden kann.
Zur Realisierung eines besonders effizienten Betriebs der Turbine ist bei einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das Turbinenrad wenigstens eine Anströmkante aufweist, über welche das Turbinenrad von dem den Strömungsquerschnitt
durchströmenden Abgas anströmbar ist. Dabei weist die Anströmkante wenigstens einen Längenbereich auf, der in einer Ebene, welche sich zwischen der Axialrichtung und der Umfangsrichtung erstreckend ausgebildet ist, und bezüglich der Axialrichtung einen von 0 Grad verschiedenen ersten Winkel aufweist. Mit Hilfe der in dieser Ausführungsform ausgebildeten Anströmkante ist die Axialströmung aufnehmbar so dass eine verlustarme Gesamtanströmung des Turbinenrades realisierbar ist. In Zusammenwirkung mit dem Verstellelement ist es nun möglich die Axialkomponente der Anströmung derart veränderbar zu gestalten dass über den gesamten Betriebsbereich des Abgasturboladers ein optimierter, das heißt bzgl. des Standes der Technik erhöhter Turbinenwirkungsgrad erzielbar ist.
Vorzugsweise liegt der erste Winkel in einem Bereich von einschließlich -45 Grad bis einschließlich +45 Grad. Dadurch wird das Turbinenrad über die Anströmkante von dem schräg zur radialen Richtung und schräg zur axialen Richtung dem Turbinenrad zugeführten Abgas besonders strömungsgünstig angeströmt, was dem effizienten Betrieb der Turbine zu Gute kommt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung schließt der Längenbereich mit der Drehachse des Turbinenrads einen von 0 Grad unterschiedlichen, zweiten Winkel ein. Der zweite Winkel kann sich dabei auf eine gedachte Ebene beziehen, auf welche der zweite Winkel projiziert wird. Mit anderen Worten kann der Längenbereich ausgehend von einem Radrücken des Turbinenrads in axialer Richtung hin zum Turbinenaustritt von radial innen nach radial außen oder von radial außen nach radial innen verlaufen.
Die Einstellung des ersten Winkels und des zweiten Winkels durch die entsprechende Gestaltung des Längenbereichs stellen jeweilige Freiheitsgrade dar, um das Turbinenrad und somit die Turbine an unterschiedliche Strömungsbedingungen bedarfsgerecht anzupassen.
Der Längenbereich der Anströmkante kann dabei zumindest bereichsweise bogenförmig oder gerade verlaufen, wodurch Strömungsbedingungen für das Abgas eingestellt werden können.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung schließt sich an den Längenbereich der
Anströmkante wenigstens ein weiterer Längenbereich der Anströmkante an, welcher sich zumindest im Wesentlichen parallel zur Drehachse erstreckt. Über den weiteren
Längenbereich kann das Turbinenrad insbesondere zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung besonders strömungsgünstig von dem Abgas angeströmt werden, was dem besonders effizienten Betrieb der Turbine zuträglich ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in: Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer Turbine eines Abgasturboladers für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem verschiebbaren Verstellelement, welches in eine erste Stellung eingestellt ist;
Fig. 2 ausschnittsweise eine weitere schematische Längsschnittansicht der
Turbine gemäß Fig. 1 , wobei das Verstellelement in eine zweite Stellung eingestellt ist;
Fig. 3 ausschnittsweise eine weitere schematische Längsschnittansicht der
Turbine gemäß den Fig. 1 und 2, wobei das Verstellelement in eine dritte Stellung eingestellt ist;
Fig. 4 ausschnittsweise eine weitere schematische Längsschnittansicht der
Turbine gemäß den Fig. 1 bis 3, wobei das Verstellelement in eine vierte Stellung eingestellt ist;
Fig. 5a-c jeweils ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht von jeweiligen
Ausführungsformen des Verstellelements gemäß den Fig. 1 bis 4;
Fig. 6a und b jeweils ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht von
Ausführungsformen des Verstellelements gemäß den Fig. 1 bis 5c;
Fig. 7 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines
Turbinenrads der Turbine gemäß den Fig. 1 bis 4, ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der Turbine gemäß Fig.1 mit einem Verstellelement in einer ersten Variante;
Fig. 9 ausschnittsweise eine weitere schematische Längsschnittansicht der
Turbine gemäß Fig. 8, wobei das Verstellelement in eine zweite Stellung eingestellt ist; Fig. 10 ausschnittsweise eine weitere schematische Längsschnittansicht der Turbine gemäß den Fig. 8 und 9, wobei das Verstellelement in eine dritte Stellung eingestellt ist und
Fig. 11 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der Turbine
gemäß Fig.1 mit einem Verstellelement in einer zweiten Variante.
Die Fig. 1 zeigt eine Turbine 10 eines Abgasturboladers für eine beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine insbesondere eines Kraftwagens. Die Turbine 10 umfasst ein Turbinengehäuse 2, welches einen Aufnahmeraum 14 umfasst. In dem Aufnahmeraum 14 ist ein Turbinenrad 16 der Turbine 10 zumindest bereichsweise aufgenommen. Das Turbinenrad 16 ist um eine Drehachse 18 relativ zu dem Turbinengehäuse 12 drehbar.
Das Turbinengehäuse 12 weist auch einen Zuführkanal 20 auf, welcher von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. Der Zuführkanal 20 erstreckt sich in Umfangsrichtung des Turbinenrads 16 über dessen Umfang und ist beispielsweise zumindest im Wesentlichen spiralförmig ausgebildet. Der Zuführkanal 20 wird auch als Volute bezeichnet. Zum besseren Verständnis sei eine virtuelle Ebene angenommen, welcher senkrecht zur Drehachse 18 des Turbinenrades 16 ausgebildet ist.
Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, weist das Turbinengehäuse 12 eine den Zuführkanal 20 wenigstens bereichsweise begrenzende, zur virtuellen Ebene geneigt verlaufende Wandung 22 auf. Mittels der Wandung 22 wird das den Zuführkanal 20 durchströmende Abgas abgeleitet bzw. umgelenkt dem Turbinenrad 16 zugeführt. Mit anderen Worten strömt das Abgas das Turbinenrad 16 an, unter einem bestimmten Winkel, einem Winkel a, welcher zwischen der virtuellen Ebene und der Strömung ausgebildet ist. Das das Turbinenrad 16 anströmende Abgas weist hinsichtlich seiner Strömungsrichtung zusätzlich zu der üblichen radialen Komponente und Umfangskomponente eine axiale Komponente auf. Je größer der Winkel α ist, desto größer ist der Anteil der axialen Komponente an der Strömungsrichtung des Abgases zum Turbinenrad 16.
Die Turbine 10 umfasst auch ein in axialer Richtung der Turbine 10, d.h. zumindest im Wesentlichen parallel zur Drehachse 18 verschiebbares Verstellelement 24, welches zumindest im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist. Das Verstellelement 24 ist dabei zwischen einer in der Fig. 1 gezeigten ersten Endstellung und einer in der Fig. 4 gezeigten, zweiten Endstellung relativ zum Turbinengehäuse in axialer Richtung translatorisch verschiebbar. Die Endstellungen begrenzen einen Verstellbereich des Verstellelements 24, wobei die Endstellungen zu dem Verstellbereich gehören. Das Verstellelement 24 ist in dem Verstellbereich stufenweise oder zumindest im
Wesentlichen kontinuierlich verstellbar. Vorliegend sind in den Fig. 2 und 3 zwei weitere Stellungen des Verstellelements 24 gezeigt, welche im Verstellbereich zwischen der ersten Endstellung und der zweiten Endstellung liegen.
In der in der Fig. 1 gezeigten, ersten Endstellung ist das Verstellelement 24
bereichsweise in dem Zuführkanal 20 angeordnet. Das Verstellelement 24 weist eine der Wandung 22 zugewandte Stirnseite 26 auf, welche hinsichtlich ihrer Außenkontur zumindest im Wesentlichen komplementär zur Außenkontur der Wandung 22 ausgebildet ist und somit ebenso schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung verläuft.
In der ersten Endstellung ist ein von dem den Zuführkanal 20 durchströmenden Abgas durchströmbarer Strömungsquerschnitt b3 einerseits von der Wandung 22 und andererseits von der Stirnseite 26 begrenzt. Wie in Zusammenschau der Fig. 1 bis 4 erkennbar ist, kann der Strömungsquerschnitt b3 mittels Verschiebens des
Verstellelements 24 variabel eingestellt werden. In der ersten Endstellung gemäß Fig. 1 ist der Strömungsquerschnitt b3 maximal verengt bzw. auf seinen kleinstmöglichen Wert eingestellt, weswegen die erste Endstellung auch als Schließposition oder als 0 %- Stellung des Verstellelements 24 bezeichnet wird.
Mittels Verschiebens des Verstellelements 24 kann der Massenstrom des Abgases durch die Turbine 10 und somit der Abgasgegendruck variabel eingestellt werden. Ferner ist es möglich, mittels Verschiebens des Verstellelements 24 auch die Ableitung bzw. das Umlenken des Abgases und somit die axiale Komponente seiner Strömungsrichtung, d.h. den Winkel a, einzustellen. In der Schließstellung weist der Winkel a seinen maximal möglichen Wert auf.
Wird das Verstellelement 24 aus der Schließstellung in Richtung seiner zweiten
Endstellung und somit sukzessive aus dem Zuführkanal 20 verschoben, so wird dadurch die Umlenkung des Abgases in axialer Richtung und somit die axiale Komponente an der Strömungsrichtung des Abgases, d.h. der Winkel a, verkleinert sowie der
Strömungsquerschnitt b3 vergrößert. Die radiale Komponente an der Strömungsrichtung des Abgases nimmt zu. In den in dem Zuführkanal 20 zumindest bereichsweise angeordneten Stellungen des Verstellelements 24 bilden bzw. begrenzen die Wandung 22 die Stirnseite 26 eine die Umfangsrichtung umlaufende und zumindest im Wesentlichen ringförmige Düse 28, über welche das Abgas das Turbinenrad 16 anströmt und welche den Strömungsquerschnitt b3 aufweist.
In der Schließstellung ist der Strömungsquerschnitt b3 größer als 0. Dies bedeutet, dass die Düse 28 auch in der Schließstellung nicht vollständig geschlossen ist und auch in der Schließstellung des Verstellelements 24 Abgas das Turbinenrad 16 anströmen kann.
Zur Vermeidung von unerwünschten Leckagen ist ein Dichtungselement 30,
beispielsweise ein O-Ring, vorgesehen, welcher einerseits in einer Nut 32 der Turbine 10 aufgenommen ist und andererseits am Verstellelement 24 anliegt. Dadurch ist das Verstellelement 24 gegen das Turbinengehäuse 12 abgedichtet.
Bei der Turbine 10 wird die Einstellung der axialen Strömungsrichtung, d.h. der axialen Komponente an der Strömungsrichtung des Abgases genutzt, um Verluste insbesondere in geringen Drehzahl- und/oder Lastbereichen der Verbrennungskraftmaschine zu vermeiden oder zumindest gering zu halten. Das Verschieben des Verstellelements 24 in den Zuführkanal 20 verringert nicht nur den Strömungsquerschnitt b3, sondern reduziert auch sukzessive ein Verhältnis A/r, wobei A einen Umfangsströmungsquerschnitt des Zuführkanals 20 in Umfangsrichtung und r den Abstand des Flächenschwerpunkts des Umfangsströmungsquerschnitts A von der Drehachse 18 bezeichnet. Eine sukzessive Reduzierung des Verhältnisses A/r und damit des Strömungsquerschnitts b3 sorgt für eine Änderung der Strömungsrichtung sowohl in radialer Richtung als auch in
Umfangsrichtung.
Wie der Fig. 1 ferner zu entnehmen ist, weist die Laufradschaufel des Turbinenrades 16 eine Anströmkante 34 auf, über welche das Turbinenrad 16 von dem den Zuführkanal 20 durchströmenden Abgas anströmbar ist. Bezogen auf die axiale Richtung weist die Anströmkante 34 einen ersten Längenbereich 36 und einen sich in axialer Richtung daran anschließenden, zweiten Längenbereich 38 auf, welche zueinander geneigt ausgebildet sind. Der erste Längenbereich 36 verläuft dabei schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung. Vorliegend verläuft der erste Längenbereich 36 ausgehend von einem Radrücken 40 des Turbinenrads 16 in axialer Richtung zu einem Turbinenaustritt 42 hin radial nach außen. Der sich daran anschließende, zweite Längenbereich 38 verläuft zumindest im Wesentlichen parallel zur axialen Richtung.
In der Schließstellung ist der zweite Längenbereich 38 vollständig von dem
Verstellelement 24 überdeckt, während der erste Längenbereich 36 lediglich teilweise in radialer Richtung von dem Verstellelement 24 nach außen hin überdeckt ist.
Vorzugsweise schließt der erste Längenbereich 36 mit einer Ebene, welche sich zwischen der axialen Richtung und der Umfangsrichtung erstreckend ausgebildet ist, einen ersten Winkel ein, welcher in einem Bereich von einschließlich -45° bis einschließlich +45° liegt. Der erste Winkel ist insbesondere in der Fig. 7 erkennbar und mit βφ _ax bezeichnet. Die axiale Strömungskomponente des Abgases sowie der Winkel βφ_3Χ wirken sich positiv auf Anströmung des Turbinenrads 16 aus und Strömungsverluste werden besonders gering gehalten. Vorzugsweise ist der Winkel βφ_3χ von 0° unterschiedlich. Infolge des Verlaufs des ersten Längenbereichs 36 kann die axiale Komponente der Strömungsrichtung des Abgases besonders effizient genutzt werden, so dass das Turbinenrad 16 effizient von dem Abgas angetrieben werden kann.
Die Fig. 2 zeigt das Verstellelement 24 in einer ersten Stellung, in welcher die gesamte Anströmkante 34, d.h. sowohl der erste Längenbereich 36 als auch der zweite
Längenbereich 38, von dem Abgas anströmbar ist. Da die Anströmkante 34 vollständig mittels des Verstellelements 24 freigegeben ist, wird die erste Stellung auch als 100%- Stellung bezeichnet. Gegenüber der ersten Endstellung (Schließstellung) gemäß Fig. 1 ist das Verstellelement 24 aus dem Zuführkanal 20 herausbewegt, was mit der
Vergrößerung des Strömungsquerschnitts b3 und der Verkleinerung des Winkels α einhergeht.
Wie den Fig. 1 bis 4 zu entnehmen ist, weist die Turbine 10 auch einen Umgehungskanal 44 auf, welcher mittels des Turbinengehäuses 12 begrenzt ist und über welchen das Abgas zumindest zum Teil das Turbinenrad 16 umgehen und somit nicht antreiben kann. In der ersten Endstellung (Schließstellung), in der ersten Stellung sowie gegebenenfalls in weiteren Stellungen des Verstellelements 24 ist der Umgehungskanal 44 fluidisch versperrt, so dass der Umgehungskanal 44 nicht von Abgas durchströmt werden kann und somit das Turbinenrad 16 nicht von Abgas umgangen werden kann. Die Fig. 3 zeigt das Verstellelement 24 in einer zweiten Stellung, in welcher der
Umgehungskanal 44 teilweise freigegeben ist. Somit kann Abgas von stromauf des Turbinenrads 16 in den Umgehungskanal 44 einströmen, das Turbinenrad 16 umgehen und dadurch nicht antreiben. Der Umgehungskanal 44 leitet das Abgas stromab des Turbinenrads 16 in den Turbinenaustritt 42. Die zweite Stellung wird als 105%-Stellung des Verstellelements 24 bezeichnet.
Die Fig. 4 zeigt das Verstellelement 24 in seiner zweiten Endstellung, welche auch als Offenstellung und 110%-Stellung bezeichnet wird. Anhand der Fig. 3 und 4 ist es ersichtlich, dass mittels des Verstellelements 24 nicht nur der Strömungsquerschnitt b3 und damit einhergehend der Winkel a, sondern auch der Umgehungskanal 44 hinsichtlich seines Umgehungsströmungsquerschnitts Au eingestellt werden kann. Dadurch ist eine sogenannte Blow-By-Funktionalität bereitgestellt, so dass die Turbine 10 auf einen Betrieb in relativ geringen Drehzahl- und/oder Lastbereichen der
Verbrennungskraftmaschine optimiert und durch Freigeben des Umgehungskanals 44 vor einem Überlastbetrieb geschützt werden kann. Die Turbine 10 weist somit einen sehr hohen Durchsatzparameter bzw. eine sehr hohe Durchsatzspreizung sowie einen sehr breiten Expansionsverhältnisbereich auf. Infolge der Einstellbarkeit des
Umgehungsströmungsquerschnitts Au des Umgehungskanals 44 kann auch der
Massenstrom des den Umgehungskanal 44 durchströmenden Abgases variabel und bedarfsgerecht eingestellt werden.
Die Fig. 5a-c zeigen das Verstellelement 24 mit unterschiedlichen, sich in radialer Richtung erstreckenden Wanddicken. Durch die Einstellung der Wanddicke kann das Verhältnis A/r beeinflusst und bedarfsgerecht eingestellt werden.
Die Fig. 6a zeigt das Verstellelement 24, dessen Stirnseite 26 zumindest im Wesentlichen gerade verläuft. Wie mittels einer durchgezogenen und mit einer gestrichelten Linie dargestellt ist, kann die Stirnseite 26 hinsichtlich ihrer Schrägstellung, d.h. hinsichtlich ihres Verlaufs schräg zur radialen Richtung und schräg zur axialen Richtung variiert werden.
Die Fig. 6b zeigt eine weitere Ausführungsform des Verstellelements 24, wobei die Stirnseite 26 zumindest bereichsweise bogenförmig ausgebildet ist und beispielsweise einen Radius R aufweist. Durch die entsprechende Ausgestaltung der Stirnseite 26 kann die Anströmung des Turbinenrads 16 eingestellt und an unterschiedliche
Strömungsbedingungen angepasst werden. Die Fig. 7 zeigt, dass die Anströmkante 34 insbesondere in ihrem ersten Längenbereich 36 bezogen auf die zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse 18 verlaufende Ebene gerade oder zumindest im Wesentlichen bogenförmig verlaufen kann. Ferner ist es möglich, die Anströmkante 34 in einer weiteren Ebene mit einem zweiten von 0 Grad unterschiedlichen Winkel, dem Winkel ßr_ax, zu neigen, wobei diese weitere Ebene zwischen der Axialrichtung und der Radialrichtung erstreckend ausgebildet ist.
Dadurch ist ein weiterer, optionaler Freiheitsgrad geschaffen. Die Anströmkante 34 kann insbesondere in wenigstens einem der Längenbereiche 36, 38 bezogen auf die zumindest im Wesentlichen parallel zur Drehachse 18 verlaufenden Ebene gerade oder zumindest im Wesentlichen bogenförmig ausgebildet sein sowie gegebenenfalls in Bereiche mit radialen oder gemischten, d.h. sowohl mit radialen als auch axialen Komponenten unterteilt sein. Ein erster Bereich B1 bezieht sich dabei auf die radiale Komponente, während sich ein zweiter Bereich B2 auf die gemischten, d.h. radialen und axialen Komponenten, bezieht.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist gemäß Fig. 8 ausgebildet. Das Verstellelement 24 weist an einem dem Zuführkanal 20 zugewandt ausgebildeten Bereich einen
Strömungskanal 46 mit einer Eintrittsöffnung 48 und einer Austrittsöffnung 50 auf. Die Eintrittsöffnung 48 ist an der Stirnseite 26 und die Austrittsöffnung 50 ist an einer dem Turbinenrad 16 zugewandt ausgebildeten Ringfläche 56 des Verstellelementes 24 ausgebildet.
Idealerweise sind über dem Umfang des Verstellelementes 24 mehrere Strömungskanäle 46 ausgebildet, so dass bereits bei kleinen Öffnungen des Verstellelementes 24 eine hinreichende Bypassmenge am Turbinenrad 16 vorbeileitbar ist.
In einer einfachen Ausführung ist der Strömungskanal 46 mit Hilfe einer ersten Bohrung und einer zweiten Bohrung hergestellt. Ebenso kann der Strömungskanal 46 auch durch Erodieren oder direkt beim Gießen mit Hilfe beispielsweise einer verlorenen Form im Verstellelement 24 eingebracht werden.
Sofern das Verstellelement 24 hülsenförmig bzw. hohlzylinderartig ausgebildet ist, kann der Strömungskanal 46 auch in Form eines Ringkanals im Verstellelement 24
ausgestaltet sein, wie beispielhaft Fig.11 zeigt. Das heißt, dass die Eintrittsöffnung 48 ringförmig an der Stirnseite 26 und die Austrittsöffnung 50 ebenfalls ringförmig an der Ringfläche 56 ausgebildet sind. Aufgrund des Ringkanals 46 ergibt sich eine Teilung des Verstellelementes 24 in zwei Bereiche, den ersten Elementbereich 58 und den zweiten Elementbereich 60. Das heißt, zwischen dem ersten Elementbereich 58 und dem zweiten Elementbereich 60 ist der Strömungskanal 46 ausgebildet. Zur Fixierung des zweiten Elementbereichs 60 sind idealerweise drei Halteelemente 52 vorgesehen, welche stegartig ausgebildet sind. Besonders strömungsideal ausgebildet weisen die
Halteelemente 52 einen tragflügelartigen Querschnitt auf.
Der erste Elementbereich 58 weist eine den Ringkanal 46 an seinem äußeren Umfang begrenzende erste Wandung 62 auf, wobei der zweite Elementbereich 60 an einem inneren Umfang des Ringkanals 46 angrenzend ausgestaltet ist und somit den Ringkanal 46 an seinem inneren Umfang mit Hilfe einer zweiten Wandung 64 begrenzt.
Sowohl ein Strömungsquerschnitt des Strömungskanals 46 als auch eine Kanalform entlang einer Strömungsachse des Strömungskanals 46 sind beliebig gestaltbar. Die Fig. 8 bis 11 zeigen mögliche Ausführungsbeispiele des Strömungskanals 46. Zur
Reduzierung von Strömungsverlusten ist es vorteilhaft den Strömungskanal 46 bogenförmig auszubilden, wie in dem Längsschnitt in Fig. 11 dargestellt.

Claims

Patentansprüche
1. Turbine für einen Abgasturbolader, mit einem einen Aufnahmeraum (12) für ein um eine Drehachse (18) drehbares Turbinenrad (16) der Turbine (10) aufweisenden Turbinengehäuse (12), welches wenigstens einen von Abgas durchströmbaren Zuführkanal (20) aufweist, mittels welchem das Abgas dem Turbinenrad (16) zumindest teilweise schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung zuführbar ist, wobei wenigstens ein zwischen wenigstens zwei Stellungen in axialer Richtung relativ zu dem Turbinengehäuse (12) verschiebbares Verstellelement (24) vorgesehen ist, welches zumindest in einer der Stellungen wenigstens
bereichsweise in dem Zuführkanal (20) angeordnet ist und mittels welchem ein von dem Abgas durchströmbarer Strömungsquerschnitt (b3) des Zuführkanals (20) einstellbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Turbinengehäuse (12) zumindest eine den Zuführkanal (20) wenigstens bereichsweise begrenzende und zumindest bereichsweise schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung verlaufende Wandung (22) zum
Zuführen des Abgases schräg zur axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung zum Turbinenrad (16) aufweist, wobei das Verstellelement (24) eine der Wandung (22) zugewandte und wenigstens bereichsweise schräg zu axialen Richtung und schräg zur radialen Richtung verlaufende Stirnseite (26) aufweist, und wobei der einstellbare Strömungsquerschnitt (b3) in wenigstens einer der
Stellungen wenigstens bereichsweise einerseits von der Wandung (22) und andererseits von der Stirnseite (26) begrenzt ist, und wobei das Turbinenrad (16) wenigstens eine Anströmkante (34) aufweist, über welche das Turbinenrad (16) von dem den Strömungsquerschnitt (b3) durchströmenden Abgas anströmbar ist, wobei die Anströmkante (34) wenigstens einen Längenbereich (36) aufweist, der mit einer Ebene, welche sich zwischen der Axialrichtung und der Umfangsrichtung
erstreckend ausgebildet ist, und bezüglich der Axialrichtung des Turbinenrads (16) einen von 0 Grad unterschiedlichen ersten Winkel ( βφ M ) einschließt, und wobei mit Hilfe des Verstellelementes (24) der Strömungsquerschnitt (b3) im Bereich des Längenbereichs (36) der Anströmkante (34) veränderbar ist.
2. Turbine nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels des Verschiebens des Verstellelements (24) wenigstens ein
Umgehungskanal (44) der Turbine (10), über welchen das Turbinenrad (16) von zumindest einem Teil des Abgases zu umgehen ist, fluidisch freigebbar und fluidisch versperrbar ist.
3. Turbine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Winkel (ß M ) in einem Bereich von einschließlich -45 Grad bis einschließlich +45 Grad liegt.
4. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Längenbereich (36) mit der Drehachse (18) einen von 0 Grad unterschiedlichen, zweiten Winkel ( ßr ^ ) einschließt.
5. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Längenbereich (36) der Anströmkante (34) zumindest bereichsweise
bogenförmig oder gerade verläuft.
6. Turbine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich an den Längenbereich (36) der Anströmkante (34) wenigstes ein weiterer Längenbereich (38) der Anströmkante (34) anschließt, welcher sich zumindest im Wesentlichen parallel zur Drehachse (18) erstreckt.
7. Turbine nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verstellelement (24) einen Strömungskanal (46) aufweist, wobei der
Strömungskanal (46) eine Eintrittsöffnung (48) an der Stirnseite (26) des
Verstellelementes (24) und eine Austrittsöffnung (50) an einer dem Turbinenrad (16) zugewandt ausgebildeten Ringfläche (56) des Verstellelementes (24) aufweist.
8. Turbine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Strömungskanal (46) in Form eines Ringkanals ausgebildet ist.
9. Turbine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Sicherung eines zweiten Elementbereichs (60) des Verstellelementes (24) ein Halteelement (52) im Strömungskanal (46) ausgebildet ist.
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