WO2014075774A1 - Abgasführungsabschnitt einer turbine - Google Patents

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WO2014075774A1
WO2014075774A1 PCT/EP2013/003324 EP2013003324W WO2014075774A1 WO 2014075774 A1 WO2014075774 A1 WO 2014075774A1 EP 2013003324 W EP2013003324 W EP 2013003324W WO 2014075774 A1 WO2014075774 A1 WO 2014075774A1
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WO
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cover
exhaust gas
opening
axis
bypass channel
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/003324
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Rushmere
Original Assignee
Ihi Charging Systems International Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Ihi Charging Systems International Gmbh filed Critical Ihi Charging Systems International Gmbh
Publication of WO2014075774A1 publication Critical patent/WO2014075774A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K5/00—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary
    • F16K5/04—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary with plugs having cylindrical surfaces; Packings therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/105—Final actuators by passing part of the fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/148—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of rotatable members, e.g. butterfly valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F02B37/183—Arrangements of bypass valves or actuators therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas guide section of a turbine specified in the preamble of claim 1. Art.
  • Control device forth.
  • the control device is provided for opening and closing a bypass passage in the flow-through exhaust gas guide section for bypassing a turbine wheel of the exhaust gas guide section rotatably arranged in the exhaust gas guide section in a wheel chamber of the exhaust gas guide section.
  • Regulating device has a movement device and a cover, wherein the movement device is provided for movement of the cover.
  • the cover of the control device causes by means of a rotational movement of the cover about an axis of rotation of the cover opening or closing a flow cross-section of the bypass channel, wherein the opening or closing takes place at an opening of the bypass passage in an outlet channel of the exhaust gas guide section.
  • the outlet channel is provided downstream of the turbine wheel or the wheel chamber in the exhaust gas guide section and serves to exit the fluid flowing through the exhaust gas guide section.
  • the bypass channel itself has an inlet opening upstream of the wheel chamber and an outlet opening downstream of the
  • Wheel chamber that is, as the bypass channel opens into the outlet channel, the outlet opening of the bypass passage is disposed downstream of the wheel chamber.
  • the axis of rotation of the cover is arranged coaxially to the outlet channel, wherein the cover member is the outlet channel partially or completely formed.
  • the rotation axis is arranged outside of the bypass channel. Since the cover element is designed to be closable in the flow cross-section of the bypass channel, this means that a radius of rotation of the
  • Cover element for opening or closing the bypass channel one
  • Outlet channel radius of the outlet channel corresponds. Usually that is
  • Outlet channel radius formed larger than a bypass channel radius, as larger amounts of fluid must flow through the outlet channel as the bypass channel.
  • the setting duration of the flow cross section has effects on the operation of the turbine, in particular with a coupling of an exhaust gas turbocharger having the turbine with an internal combustion engine, which basically
  • Viewed flow direction is positioned at an outlet of the bypass channel and thus can open or close the outlet opening of the bypass channel.
  • This positioning has the disadvantage of a reduction of a turbine efficiency, because the bypass channel fills with closed bypass channel to the cover with the fluid. This amount of fluid is thus no longer available to the turbine wheel for driving it, so that a reduction of the
  • a cylinder-like opening arranged transversely to a channel flow longitudinal direction is provided in a bypass channel of an exhaust gas guide section, which opening is designed to be rotatably receivable in the opening.
  • the cover is opposite to a flow cross section of the
  • Rotation axis is positioned penetrating the bypass channel.
  • the cover is positioned in the bypass channel, the flow cross-section with the help of the cover to open or close.
  • the cover element has an effective radius due to the rotation about its axis of rotation within the bypass channel, which corresponds essentially to a bypass radius of the bypass channel. Since this effective radius is smaller than an outlet channel radius of an outlet channel of the exhaust gas guide portion, the cover is much faster to bring to a desired position, thus positionable.
  • Exhaust gas turbocharger having an exhaust gas guide portion according to the invention, a rapid adaptation of the operation of the exhaust gas turbocharger to the needs of
  • a closing surface of the cover for closing the flow cross-section is largely parallel to the axis of rotation, wherein the axis of rotation is formed largely perpendicular to the bypass channel.
  • Embodiment is that the closing surface due to a the bypass channel flowing fluid, which usually flows through the bypass channel perpendicular to the flow cross-section of the bypass channel, in a closed state, thus in a closed position of the cover by the fluid against a valve seat, which is formed in the bypass channel, can be pressed.
  • the flow cross-section is closed flow-tight by the
  • Exhaust gas guide section is the cover at least partially
  • Cylinder or hollow cylinder is formed, the cover is designed reduced mass, so that lower forces to move the cover are required.
  • the cover is movable by means of a shaft of the control device.
  • the wave is an element of
  • the cover on a rotationally symmetrical and coaxial with the axis of rotation formed bearing opening, wherein in selbige a complementary trained receiving element of the exhaust gas guide section is designed engageable.
  • the cover is formed of a ceramic material.
  • Ceramic material is a particularly temperature-resistant material, so that components made of this material are high temperature resistant and low or depending on the temperature no deformation exhibit.
  • the control device according to the invention which is made of ceramic material, is particularly reliable.
  • Fig. 1 in a perspective view a partial section through a
  • Fig. 2 is a perspective view of a cover of a
  • Fig. 3 is a front view of the cover according to. Fig. 1;
  • Fig. 4 is a side view of the cover according to. Fig. 1;
  • Fig. 5 is a plan view of the cover according to. Fig. 1;
  • Fig. 6 is a bottom view of the cover according to. Fig. 1;
  • Exhaust gas guide section 1 of a turbine 2 in particular a turbine of a
  • Exhaust gas turbocharger comprising an inlet channel 3 for the entry of fluid flow into the exhaust gas guide section 1, generally exhaust gas of an internal combustion engine, a spiral channel not shown downstream of the inlet channel 3 to Conditioning the flow and an outlet channel 4 downstream of the spiral channel, via which the exhaust gas from the exhaust gas guide section 1 can escape targeted.
  • a non-illustrated wheel chamber is formed, in which a not-shown turbine wheel is rotatably received.
  • a control device 5 for opening or closing a bypass channel 6 in the flow-through exhaust gas guide section 1 for bypassing the wheel chamber in the exhaust gas guide section 1 is provided in the exhaust gas guide section 1.
  • the bypass channel 6 has an inlet opening 7 with a flow cross-section 8, wherein the inlet opening 7 is completely or partially closed with the aid of the control device 5 or
  • the fluid flow to the wheel chamber and thus to the wheel chamber rotatably received turbine wheel flows completely or partially, or completely or only partially flows past the rotatably received in the wheel chamber turbine wheel over.
  • a cover 9 of the control device 5 is rotatably received in the bypass channel 6, and thus in the exhaust guide section 1, wherein the cover 9 is rotatably mounted about an axis of rotation 10 of the cover 9 in the bypass channel 6 and thus in the exhaust guide section 1.
  • Covering element 9 is rotatably received in the exhaust guide portion 1 executable, wherein with the aid of the rotational movement of the flow cross-section 8 of the inlet opening 7 is adjustable.
  • the control device 5 according to the invention has for the rotational movement of the
  • Covering element 9 a shaft 11 which is rotatably connected to the cover 9, so that the cover 9 is movable by means of the shaft 11, wherein the axis of rotation 10 of the cover 9 corresponds to a rotation axis of the shaft 11.
  • a cylinder-like opening 12 is configured with a longitudinal axis 13 in the exhaust guide section 1, in which the control device 5 is rotatably receivable.
  • the opening 12 is quasi formed perpendicular to an inlet axis 14 of the inlet opening 7 in this embodiment.
  • the longitudinal axis 13 could also be present in an angle deviating from 90 ° to the inlet axis 14 in the exhaust gas guide section 1.
  • the cover 9 is compared to the flow cross-section 8 a
  • Rotational movement about the rotation axis 10 in the bypass channel 6 designed feasible, wherein the rotation axis 10, the bypass channel 6 is positioned penetrating.
  • the covering element 9 of the regulating device 5 according to the invention designed according to FIGS. 1 to 6 is designed in a cylinder-like manner at least in sections.
  • the cover element 9 has a jacket surface 15 and a first cover surface 17 delimiting the jacket surface 15 transversely to the axis of rotation 10 at a first end 16 and a second cover surface 18 bounding the jacket surface 15 transverse to the axis of rotation 10, the second cover surface 18 protruding from the first cover surface 17 is designed facing away from the cover 9.
  • the sectional cylinder-like configuration is understood to mean that the cover member 9 is substantially formed as a cylinder, wherein the cover member 9 is completely formed by a through-flow opening 19 transverse to the axis of rotation 10 of the cylinder.
  • the lateral surface 15 serves predominantly as a closing surface 20 for closing the flow cross-section 8.
  • the flow-through opening 19 is formed in this embodiment at an angle oc of 90 ° transverse to the axis of rotation 10. If the cover 9 is arranged differently from a vertical positioning in the bypass channel 6, the angle ⁇ is to be chosen so that the bypass channel 6 adapted flow through the
  • Covering element 9 can be done. In other words, angular transitions or undercuts are to be avoided, as this can lead to disruptions and thus to a disruption of the flows and generate flow losses.
  • the closing surface 20 of the cover 9 is parallel to the axis of rotation 10th
  • the cover element 9 has on its first cover surface 17 a circular recess 21 which is provided for receiving a fastening means 22 of a movement device for initiating the rotational movement of the cover 9, as shown in Fig. 5.
  • the recess 21 is square, but it may also have any number of corners, that is polygonal, or otherwise designed, taking care that the fastening means 22 is complementary to the contour of the recess is.
  • the fastening means 22 is rotatably connected to the cover 9.
  • the cover member 9 is integrally formed with the fastening means 22.
  • the fastening means 22 and the recess 21 are formed symmetrically to the rotation axis 10
  • the cover element 9 shown by way of example in FIG. 6 has for storage in the
  • Exhaust gas guide section 1 a bearing opening 23, which is ideally provided symmetrically to the rotation axis 10.
  • the receiving element 24 formed in the exhaust gas guide section 1 is designed to be complementary to the bearing opening 23. To avoid tilting the bearing opening 23 and accordingly the
  • Receiving element 24 formed rotationally symmetrical.
  • Movement device can be designed to initiate movement. With the help of rod-guided movement devices is a linear movement of the
  • the electronic activation element any movements of the cover can be realized.
  • the electronic activation element is advantageously mounted directly on the shaft of the control device, so that due to the direct connection between the shaft and the electronic activation element in addition to a
  • a thermal separation between the shaft and the electronic activation element is formed, wherein the electronic activation element is preferably encased by a ceramic housing.
  • the cover is made of a ceramic material, since this is less prone to distortion than high temperatures, which have values of about 1000 ° C. during operation of an exhaust gas turbocharger, than a metal.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasführungsabschnitt für eine Turbine, insbesondere für eine Turbine eines Abgasturboladers, mit einer Regelvorrichtung (5) zum Öffnen und Schließen eines Umgehungskanals (6) im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt zur Umgehung eines im Abgasführungsabschnitt in einer Radkammer des Abgasführungsabschnitts drehbar angeordneten Turbinenrades des Abgasführungsabschnitts, wobei die Regelvorrichtung eine Bewegungsvorrichtung und ein Abdeckelement (9) aufweist, wobei das Abdeckelement (9) zum Öffnen oder Schließen eines Strömungsquerschnitts (8) des Umgehungskanals (6) mit Hilfe einer Rotationsbewegung des Abdeckelementes (9) vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist im Umgehungskanal (6) eine quer zu einer Kanalströmungslängsrichtung angeordnete zylinderartige Öffnung (12) vorgesehen, welche das Abdeckelement (9) in der Öffnung (12) drehbar aufnehmbar ausgestaltet ist, wobei das Abdeckelement (9) gegenüber dem Strömungsquerschnitt (8) eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse (10) des Abdeckelementes (9) im Umgehungskanal (6) durchführbar ausgestaltet ist, wobei die Rotationsachse (10) den Umgehungskanal (6) durchdringend positioniert ist.

Description

Abgasführungsabschnitt einer Turbine
Die Erfindung betrifft einen Abgasführungsabschnitt einer Turbine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Aus der Offenlegungsschrift DE 36 06 944 A1 geht ein Abgasführungsabschnitt einer Turbine, insbesondere für eine Turbine eines Abgasturboladers, mit einer
Regelvorrichtung hervor. Die Regelvorrichtung ist zum Öffnen und Schließen eines Umgehungskanals im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt zur Umgehung eines im Abgasführungsabschnitt in einer Radkammer des Abgasführungsabschnitts drehbar angeordneten Turbinenrades des Abgasführungsabschnitts vorgesehen. Die
Regelvorrichtung weist eine Bewegungsvorrichtung und ein Abdeckelement auf, wobei die Bewegungsvorrichtung zur Bewegung des Abdeckelementes vorgesehen ist. Mit Hilfe einer derartigen Regel Vorrichtung ist es möglich in bestimmten Betriebspunkten des Abgasturboladers, insbesondere bei Betriebspunkten aufweisend große
Strömungsmengen, das Turbinenrad vollständig oder teilweise zu umgehen, so dass ein effizienterer Betrieb des Abgasturboladers ermöglicht ist.
Das Abdeckelement der Regelvorrichtung bewirkt mit Hilfe einer Rotationsbewegung des Abdeckelementes um eine Rotationsachse des Abdeckelementes ein Öffnen oder Schließen eines Strömungsquerschnittes des Umgehungskanals, wobei das Öffnen oder Schließen an einer Einmündung des Umgehungskanals in einen Austrittskanal des Abgasführungsabschnitts erfolgt. Der Austrittskanal ist stromab des Turbinenrades, bzw. der Radkammer im Abgasführungsabschnitt vorgesehen und dient dem Austritt des durch den Abgasführungsabschnitt strömenden Fluids. Der Umgehungskanal selbst weist eine Eintrittsöffnung stromauf der Radkammer und eine Austrittsöffnung stromab der
Radkammer auf, das heißt, da der Umgehungskanal in den Austrittskanal einmündet, ist die Austrittsöffnung des Umgehungskanals stromab der Radkammer angeordnet. Die Rotationsachse des Abdeckelementes ist koaxial zum Austrittskanal angeordnet, wobei das Abdeckelement den Austrittskanal teilweise oder vollständig umfassend ausgebildet ist. Somit ist die Rotationsachse außerhalb des Umgehungskanals angeordnet. Da das Abdeckelement den Strömungsquerschnitt des Umgehungskanals verschließbar ausgebildet ist, bedeutet dies, dass ein Rotationsradius des
Abdeckelementes zum Öffnen oder Schließen des Umgehungskanals einem
Austrittskanalradius des Austrittskanals entspricht. Üblicherweise ist der
Austrittskanalradius größer ausgebildet als ein Umgehungskanalradius, da größere Fluidmengen den Austrittskanal durchströmen müssen als den Umgehungskanal. Somit bedeutet dies, dass das Öffnen oder Schließen des Strömungsquerschnitts innerhalb einer bestimmten Zeit, einer Einstelldauer, erfolgt, welche abhängig vom
Austrittskanalradius ist. Das Abdeckelement selbst führt relativ zum
Strömungsquerschnitt eine translatorische Bewegung durch.
Grundsätzlich hat die Einstelldauer des Strömungsquerschnitts Auswirkungen auf den Betrieb der Turbine, insbesondere bei einer Kopplung eines die Turbine aufweisenden Abgasturboladers mit einer Verbrennungskraftmaschine, welche grundsätzlich
Lastwechsel und häufig schnellen Lastwechsel unterworfen ist und somit die
Einstelldauer des Strömungsquerschnitts den Anforderungen der
Verbrennungskraftmaschine anzupassen ist.
Ein weiterer Nachteil des offenbarten Abdeckelementes ist in der Positionierung des Abdeckelementes zu sehen. Das Abdeckelement der Regelvorrichtung in
Strömungsrichtung betrachtet ist an einem Austritt des Umgehungskanals positioniert und kann somit die Austrittsöffnung des Umgehungskanals öffnen oder schließen. Diese Positionierung weist den Nachteil einer Reduzierung eines Turbinenwirkungsgrades auf, denn der Umgehungskanal füllt sich auch bei geschlossenem Umgehungskanal bis zum Abdeckelement mit dem Fluid. Diese Fluidmenge steht somit dem Turbinenrad zum, Antrieb desselben nicht mehr zur Verfügung, so dass eine Reduzierung des
Turbinenwirkungsgrades erwirkt ist.
Somit ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Abgasführungsabschnitt einer Turbine bereitzustellen, mit Hilfe dessen innerhalb einer kürzesten Zeit eine sichere Einstellung des Strömungsquerschnitts herbeiführt. Diese Aufgabe wird mit Hilfe eines Abgasführungsabschnitts einer Turbine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit
zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist in einem Umgehungskanal eines Abgasführungsabschnitts eine quer zu einer Kanalströmungslängsrichtung angeordnete zylinderartige Öffnung vorgesehen, welche ein Abdeckelement in der Öffnung drehbar aufnehmbar ausgestaltet ist. Das Abdeckelement ist gegenüber einem Strömungsquerschnitt des
Umgehungskanals eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse des
Abdeckelementes im Umgehungskanal durchführbar ausgestaltet, wobei die
Rotationsachse den Umgehungskanal durchdringend positioniert ist. Dies bedeutet, dass das Abdeckelement im Umgehungskanal positioniert ist, dessen Strömungsquerschnitt mit Hilfe des Abdeckelementes zu öffnen oder zu schließen ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass das Abdeckelement aufgrund der Rotation um seine Rotationsachse innerhalb des Umgehungskanals einen Wirkradius aufweist, welcher im Wesentlichen einem Umgehungsradius des Umgehungskanals entspricht. Da dieser Wirkradius kleiner ist als ein Austrittskanalradius eines Austrittskanals des Abgasführungsabschnitts, ist das Abdeckelement wesentlich schneller in eine gewünschte Position zu bringen, somit positionierbar ist.
Der Vorteil dieser schnellen und sicheren Einstellung des Abdeckelementes ist, dass insbesondere in einem Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine, welche einen
Abgasturbolader mit einem erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitt aufweist, eine schnelle Anpassung des Betriebs des Abgasturboladers an den Bedarf der
Verbrennungskraftmaschine sichergestellt ist. Hierdurch ergibt sich vorteilhafterweise aufgrund der schnellen Anpassung an den Bedarf der Verbrennungskraftmaschine eine Reduzierung des Kraftstoffbedarfs und damit eine Reduzierung von Emissionen der Verbrennungskraftmaschine.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitts ist eine Schließfläche des Abdeckelements zum Schließen des Strömungsquerschnitts weitestgehend parallel zur Rotationsachse ausgestaltet, wobei die Rotationsachse weitestgehend lotrecht zum Umgehungskanal ausgebildet ist. Der Vorteil dieser
Ausgestaltung ist, dass die Schließfläche aufgrund eines den Umgehungskanal durchströmenden Fluids, welches üblicherweise den Umgehungskanal senkrecht zum Strömungsquerschnitt des Umgehungskanals durchströmt, in einem geschlossenen Zustand, somit in einer Schließposition des Abdeckelementes durch das Fluid gegen einen Ventilsitz, welcher in dem Umgehungskanal ausgebildet ist, gedrückt werden kann. Somit ist der Strömungsquerschnitt strömungsdicht verschließbar durch das
Abdeckelement.
In einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Abgasführungsabschnitts ist das Abdeckelement mindestens abschnittsweise
zylinderartig ausgestaltet. Da das Abdeckelement nicht vollständig in Form eines
Zylinders oder Hohlzylinders ausgebildet ist, ist das Abdeckelement massereduziert ausgestaltet, so dass geringere Kräfte zur Bewegung des Abdeckelementes erforderlich sind.
In einer bevorzugten und einfach herzustellenden Weise ist das Abdeckelement mit Hilfe einer Welle der Regelvorrichtung bewegbar. Die Welle ist ein Element der
Bewegungsvorrichtung, wobei eine Wellenrotationsachse koaxial zur Rotationsachse des Abdeckelementes ausgebildet ist. Somit ist eine einfache Bewegungsinitiation des Abdeckelementes herbeiführbar, die einem sicheren Betrieb der Regelvorrichtung dient.
Vorteilhafterweise weist in einer weiteren Ausgestaltung zur einfachen Lagerung des Abdeckelementes das Abdeckelement eine rotationssymmetrische und koaxial mit der Rotationsachse ausgebildete Lageröffnung auf, wobei in selbige ein komplementär ausgebildetes Aufnahmeelement des Abgasführungsabschnitts eingreifbar ausgestaltet ist. Mit Hilfe dieser rotationssymmetrischen und koaxial mit der Rotationsachse ausgebildeten Lageröffnung ist eine einfache und sichere Lagerung des
Abdeckelementes gewährleistet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Abdeckelement aus einem keramischen Material ausgebildet. Die Regelvorrichtung und insbesondere das
Abdeckelement sind im Betrieb Temperaturschwankungen ausgesetzt, welche einen hohen Temperaturgradienten aufweisen, wobei sehr hohe absolute Temperaturen im Bereich von ca. 1000°C üblicherweise auftreten. Keramisches Material ist ein besonders temperaturbeständiges Material, so dass Bauteile, gefertigt aus diesem Material, hochtemperaturfest sind und geringe bzw. je nach Temperatur auch keine Deformationen aufweisen. Somit ist die erfindungsgemäße Regelvorrichtung, welche aus keramischem Material hergestellt ist, besonders betriebssicher.
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 in einer perspektivischen Ansicht einen Teilschnitt durch einen
erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitt für eine Turbine mit einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Abdeckelementes einer
erfindungsgemäßen Regelvorrichtung;
Fig. 3 eine Vorderansicht des Abdeckelementes gem. Fig. 1 ;
Fig. 4 eine Seitenansicht des Abdeckelementes gem. Fig. 1 ;
Fig. 5 eine Draufsicht des Abdeckelementes gem. Fig. 1 ;
Fig. 6 eine Unteransicht des Abdeckelementes gem. Fig. 1 ;
Ein gemäß Fig. 1 ausgebildeter erfindungsgemäßer durchströmbarer
Abgasführungsabschnitt 1 einer Turbine 2, insbesondere einer Turbine eines
Abgasturboladers, umfasst einen Eintrittskanal 3 zum Eintritt einer Fluidstromung in den Abgasführungsabschnitt 1 , im Allgemeinen Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, einen nicht näher dargestellten Spiralkanal stromab des Eintrittskanals 3 zur Konditionierung der Strömung und einen Austrittskanal 4 stromab des Spiralkanals, über welchen das Abgas aus dem Abgasführungsabschnitt 1 gezielt entweichen kann.
Zwischen dem Spiralkanal und dem Austrittskanal 4 ist eine nicht näher dargestellte Radkammer ausgebildet, in welcher ein nicht näher dargestelltes Turbinenrad drehbar aufgenommen ist.
Zur Anpassung eines Betriebsverhaltens der Turbine 2 an die Fluidströmung ist im Abgasführungsabschnitt 1 eine Regelvorrichtung 5 zum Öffnen oder Schließen eines Umgehungskanals 6 im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt 1 zur Umgehung der Radkammer im Abgasführungsabschnitt 1 vorgesehen. Der Umgehungskanal 6 weist eine Eintrittsöffnung 7 mit einem Strömungsquerschnitt 8 auf, wobei die Eintrittsöffnung 7 mit Hilfe der Regelvorrichtung 5 vollständig oder teilweise verschließbar ist bzw.
vollständig oder teilweise geöffnet werden kann. Entsprechend einer Positionierung der Regelvorrichtung 5 ist es möglich dass die Fluidströmung an der Radkammer und somit an dem in der Radkammer drehbar aufgenommenen Turbinenrad vollständig oder teilweise anströmt, bzw. vollständig oder nur teilweise an dem in der Radkammer drehbar aufgenommenen Turbinenrad vorbei strömt.
Ein Abdeckelement 9 der Regelvorrichtung 5 ist in dem Umgehungskanal 6, und somit im Abgasführungsabschnitt 1 , verdrehbar aufgenommen, wobei das Abdeckelement 9 um eine Rotationsachse 10 des Abdeckelements 9 rotierbar im Umgehungskanal 6 und somit im Abgasführungsabschnitt 1 gelagert ist. Das heißt mit anderen Worten, das
Abdeckelement 9 ist eine Rotationsbewegung im Abgasführungsabschnitt 1 ausführbar aufgenommen, wobei mit Hilfe der Rotationsbewegung der Strömungsquerschnitt 8 der Eintrittsöffnung 7 einstellbar ist.
Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung 5 weist zur rotatorischen Bewegung des
Abdeckelements 9 eine Welle 11 auf, welche mit dem Abdeckelement 9 drehfest verbunden ist, so dass das Abdeckelement 9 mit Hilfe der Welle 11 bewegbar ist, wobei die Rotationsachse 10 des Abdeckelementes 9 einer Rotationsachse der Welle 11 entspricht.
Zur rotatorischen Bewegbarkeit des Abdeckelementes 9 ist im Abgasführungsabschnitt 1 eine zylinderartig ausgebildete Öffnung 12 mit einer Längsachse 13 ausgestaltet, in welcher die Regelvorrichtung 5 rotierbar aufnehmbar ist. Die Öffnung 12 ist quasi senkrecht zu einer Eintrittsachse 14 der Eintrittsöffnung 7 in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet. Allerdings könnte die Längsachse 13 auch in einem von 90° abweichend ausgebildeten Winkel zur Eintrittsachse 14 im Abgasführungsabschnitt 1 vorliegen.
Das Abdeckelement 9 ist gegenüber dem Strömungsquerschnitt 8 eine
Rotationsbewegung um die Rotationsachse 10 im Umgehungskanal 6 durchführbar ausgestaltet, wobei die Rotationsachse 10 den Umgehungskanal 6 durchdringend positioniert ist.
Das gemäß den Figuren 1 bis 6 ausgebildete Abdeckelement 9 der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 5 ist mindestens abschnittsweise zylinderartig ausgestaltet. Das Abdeckelement 9 weist eine Mantelfläche 15 sowie eine an einem ersten Ende 16 die Mantelfläche 15 quer zur Rotationsachse 10 begrenzende erste Deckfläche 17 und eine die Mantelfläche 15 quer zur Rotationsachse 10 begrenzende zweite Deckfläche 18 auf, wobei die zweite Deckfläche 18 von der ersten Deckfläche 17 am Abdeckelement 9 abgewandt ausgebildet ist. Die abschnittsweise zylinderartige Ausgestaltung ist dabei so zu verstehen, dass das Abdeckelement 9 im Wesentlichen als Zylinder ausgebildet ist, wobei quer zur Rotationsachse 10 des Zylinders eine das Abdeckelement 9 vollständig durchdringende Durchströmöffnung 19 ausgebildet ist. Die Mantelfläche 15 dient überwiegend als Schließfläche 20 zum Verschließen des Strömungsquerschnitts 8.
Die Durchströmöffnung 19 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einem Winkel oc von 90° quer zur Rotationsachse 10 ausgebildet. Sofern das Abdeckelement 9 abweichend von einer lotrechten Positionierung im Umgehungskanal 6 angeordnet ist, ist der Winkel α so zu wählen, dass eine dem Umgehungskanal 6 angepasste Durchströmung des
Abdeckelementes 9 erfolgen kann. Mit anderen Worten sind kantige Übergänge oder Hinterschneidungen zu vermeiden, da dies zu Störungen und somit zu einem Abriss der Strömungen führen kann und Strömungsverluste erzeugt.
Die Schließfläche 20 des Abdeckelements 9 ist parallel zur Rotationsachse 10
ausgestaltet. Das bedeutet, dass durch Rotation des Abdeckelementes 9 um seine Rotationsachse 10 der Umgehungskanal 6 und somit der Strömungsquerschnitt 8 geöffnet oder freigegeben bzw. teilweise freigegeben werden kann. Das Abdeckelement 9 weist an seiner ersten Deckfläche 17 eine kreisförmige Vertiefung 21 auf, welche zu Aufnahme eines Befestigungsmittels 22 einer Bewegungsvorrichtung zur Initiierung der Rotationsbewegung des Abdeckelementes 9 vorgesehen ist, wie in Fig. 5 dargestellt. In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vertiefung 21 quadratisch ausgebildet, sie kann allerdings auch eine beliebige Anzahl von Ecken aufweisen, das heißt polygonal sein, oder anderweitig gestaltet sein, wobei darauf zu achten ist, dass das Befestigungsmittel 22 komplementär zur Kontur der Vertiefung ausgebildet ist. Das Befestigungsmittel 22 ist drehfest mit dem Abdeckelement 9 verbunden.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Abdeckelement 9 einstückig mit dem Befestigungsmittel 22 ausgebildet. Bevorzugterweise sind das Befestigungsmittel 22 und die Vertiefung 21 symmetrisch zur Rotationsachse 10 ausgebildet
Das in Fig. 6 beispielhaft gezeigte Abdeckelement 9 weist zur Lagerung im
Abgasführungsabschnitt 1 eine Lageröffnung 23 auf, welche idealerweise symmetrisch zur Rotationsachse 10 vorgesehen ist. Das im Abgasführungsabschnitt 1 ausgebildete Aufnahmeelement 24 ist komplementär mit der Lageröffnung 23 ausgestaltet. Zur Vermeidung eines Verkantens sind die Lageröffnung 23 und entsprechend das
Aufnahmeelement 24 rotationssymmetrisch ausgeformt.
Zur Initiierung der Rotation ist aufgrund eines geringen Bauraumbedarfs ein
elektronischer Aktuator vorgesehen, wobei auch eine stangengeführte
Bewegungsvorrichtung zur Bewegungsinitiierung ausgebildet sein kann. Mit Hilfe von stangengeführten Bewegungsvorrichtungen ist eine lineare Bewegung des
Abdeckelementes herbeizuführen, wohingegen vorteilhafterweise mit einem
elektronischen Aktivierungselement beliebige Bewegungen des Abdeckelementes realisierbar sind. Das elektronische Aktivierungselement ist vorteilhafterweise direkt an der Welle der Regelvorrichtung anzubringen, sodass aufgrund der direkten Verbindung zwischen Welle und elektronischem Aktivierungselement neben einer
Verschleißverringerung auch eine wesentliche Bauraumreduzierung erreichbar ist.
Idealerweise ist eine thermische Trennung zwischen der Welle und dem elektronischen Aktivierungselement ausgebildet, wobei das elektronische Aktivierungselement bevorzugt von einem keramischen Gehäuse ummantelt ist. Das Abdeckelement ist aus einem keramischen Material ausgebildet, da dieses gegenüber hohen Temperaturen, die im Betrieb eines Abgasturboladers Werte von ca. 1000°C aufweisen, weniger zum Verzug neigt, als ein Metall.

Claims

Patentansprüche
1. Abgasführungsabschnitt für eine Turbine, insbesondere für eine Turbine eines
Abgasturboladers, mit einer Regelvorrichtung (5) zum Öffnen und Schließen eines Umgehungskanals (6) im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt zur Umgehung eines im Abgasführungsabschnitt in einer Radkammer des Abgasführungsabschnitts drehbar angeordneten Turbinenrades des Abgasführungsabschnitts, wobei die Regelvorrichtung eine Bewegungsvorrichtung und ein Abdeckelement (9) aufweist, wobei das Abdeckelement (9) zum Öffnen oder Schließen eines
Strömungsquerschnitts (8) des Umgehungskanals (6) mit Hilfe einer
Rotationsbewegung des Abdeckelementes (9) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Umgehungskanal (6) eine quer zu einer Kanalströmungslängsrichtung
angeordnete zylinderartige Öffnung (12) vorgesehen ist, welche das Abdeckelement (9) in der Öffnung (12) drehbar aufnehmbar ausgestaltet ist, wobei das
Abdeckelement (9) gegenüber dem Strömungsquerschnitt (8) eine
Rotationsbewegung um eine Rotationsachse (10) des Abdeckelementes (9) im Umgehungskanal (6) durchführbar ausgestaltet ist, wobei die Rotationsachse (10) den Umgehungskanal (6) durchdringend positioniert ist.
2. Abgasführungsabschnitt nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Schließfläche (20) des Abdeckelements (9) zum Schließen des
Strömungsquerschnitts (8) weitestgehend parallel zur Rotationsachse (10)
ausgestaltet ist, wobei die Rotationsachse (10) weitestgehend lotrecht zum
Umgehungskanal (6) ausgebildet ist.
3. Abgasführungsabschnitt nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (9) mindestens abschnittsweise zylinderartig ausgestaltet ist.
Abgasführungsabschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Abdeckelement (9) mit Hilfe einer Welle (11 ) der Regelvorrichtung (5) bewegbar ist.
Abgasführungsabschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Abdeckelement (9) eine rotationssymmetrische und koaxial mit der
Rotationsachse (10) ausgebildete Lageröffnung (23) aufweist, wobei in selbige ein komplementär ausgebildetes Aufnahmeelement (24) des Abgasführungsabschnitts (1 ) eingreifbar ausgestaltet ist.
Abgasführungsabschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Regelvorrichtung (5) aus einem keramischen Material ausgebildet ist.
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