WO2016162105A1

WO2016162105A1 - Regelvorrichtung für einen abgasführungsabschnitt eines abgasturboladers

Info

Publication number: WO2016162105A1
Application number: PCT/EP2016/000453
Authority: WO
Inventors: Jason WALKINGSHAW; Tobias Scheuermann; Georgios IOSIFIDIS; Manfred GUTHÖRLE; Hans-Peter Oehl
Original assignee: Ihi Charging Systems International Gmbh
Priority date: 2015-04-07
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2016-10-13
Also published as: DE102015105218A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers, wobei die Regelvorrichtung (13) zum Öffnen und Schließen eines Umgehungskanals (11 ) im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt (1 ) zur Umgehung eines im Abgasführungsabschnitt (1 ) in einer Radkammer (8) des Abgasführungsabschnitts (1 ) drehbar angeordneten Turbinenrades (9) des Abgasführungsabschnitts (1) sowie zur Zusammenführung oder Trennung einer im Abgasführungsabschnitt (1 ) vorgesehenen ersten Flut (5) und zweiten Flut (6) ausgebildet ist, umfassend eine Bewegungsvorrichtung (18) und ein Abdeckelement (16), wobei das Abdeckelement (16) zum Öffnen oder Schließen einer ersten Eintrittsöffnung (12) des Umgehungskanals (11 ) sowie einer zweiten Eintrittsöffnung (14) der ersten Flut (5) und einer dritten Eintrittsöffnung (15) der zweiten Flut (6) ausgeführt ist, und wobei die Bewegungsvorrichtung (18) zur Initiierung der Bewegung des Abdeckelementes (16) vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist zur Zusammenführung oder Trennung der Fluten (5, 6) und zum Öffnen oder Schließen des Umgehungskanals (11) das Abdeckelement (16) eine translatorische Bewegung ausführbar ausgebildet, wobei die translatorische Bewegung in Richtung einer Längsachse (17) des Abdeckelementes (16) erfolgt.

Description

Regelvorrichtung für einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Aus der Veröffentlichungsschrift EP 1 988 265 A1 geht eine Regelvorrichtung für einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers hervor. Die Regelvorrichtung ist zum Öffnen und Schließen eines Umgehungskanals vorgesehen, welcher im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt zur Umgehung eines im Abgasführungsabschnitt in einer Radkammer des Abgasführungsabschnitts drehbar angeordneten Turbinenrades des Abgasführungsabschnitts ausgebildet ist. Der Abgasführungsabschnitt weist eine erste Flut und eine zweite Flut auf. Die Regelvorrichtung dient der Umgehung für beide Fluten. Die Regelvorrichtung weist eine Bewegungsvorrichtung und ein Abdeckelement auf, wobei die Bewegungsvorrichtung zur Bewegung des Abdeckelementes vorgesehen ist. Mit einer derartigen Regelvorrichtung 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 realisierbar ist. Das Abdeckelement ist in Form eines Tellers ausgebildet.

Problematisch ist grundsätzlich bei diesen Regelvorrichtungen, im Allgemeinen als Waste-Gate bezeichnet, dass beim Öffnen oder Schließen des Strömungsquerschnitts mit Hilfe des Abdeckelementes Strömungsirritationen und Geräuschemissionen auftreten, wobei diese Geräuschemissionen nicht zwangsläufig von den Strömungsirritationen entkoppelbar sind. Unter Strömungsirritationen seien hier Abweichungen der Strömung von einer überwiegend gleichmäßigen bzw. linearen Strömung zu verstehen. Derartige Abweichungen können sowohl aus einem Betrieb einer üblicherweise mit dem

Abgasturbolader verbundenen Brennkraftmaschine aufgrund der Druckpulsationen beim Öffnen und Schließen von Ventilen der Brennkraftmaschine resultieren oder ebenso werden diese Abweichungen beim Öffnen des Strömungsquerschnitts infolge einer plötzlichen Freigabe des Strömungsquerschnitts des Umgehungskanals herbeigeführt. Im Verbund der Bewegungsvorrichtung mit dem Abdeckelement kommt es zu

translatorischen und rotatorischen Bewegungen, welche mit Hilfe diverser

Gelenkverbindungen herbeiführbar sind. Da Gelenkverbindungen keine starren

Verbindungen sind, sondern grundsätzlich mit einem bestimmten Maß an einem

Bewegungsspielraum, einem so genannten Spiel, ausgebildet sind, kann es insbesondere bei Impulsen auf die Regelvorrichtung durch die Strömung zu Geräuschen kommen, wie beispielsweise ein Klappern, welches infolge eines Anschlagens des Abdeckelementes an einer Gehäusewandung herbeigeführt wird.

Des Weiteren kann lediglich ein Abblasen, d.h. eine Umgehung des Turbinenrades mit dem Abdeckelement erreicht werden. Ebenso ist es zur Beaufschlagung des

Turbinenrades, welches über durch zwei voneinander getrennte Spiralkanäle strömendem Abgas beaufschlagt wird, sinnvoll, in bestimmten Betriebsbereichen ein so genanntes Umblasen vorzunehmen. Idealerweise geschieht dies durch eine Strömungsverbindung von Fluten, welche stromauf der jeweiligen Spiralkanäle ausgebildet sind. Somit ist die Möglichkeit geschaffen, das Turbinenrad gleichmäßig zu beaufschlagen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Regelvorrichtung für einen

Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers bereitzustellen, die eine Regelung des Umblasens sowie des Abblasens ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit Hilfe einer Regelvorrichtung für einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung für einen durchströmbaren

Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers 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 sowie zur Zusammenführung oder Trennung einer im Abgasführungsabschnitt vorgesehenen ersten Flut und zweiten Flut ausgebildet. Sie umfasst eine Bewegungsvorrichtung und ein Abdeckelement, wobei das Abdeckelement zum Öffnen oder Schließen einer ersten Eintrittsöffnung des

Umgehungskanals sowie einer zweiten Eintrittsöffnung der ersten Flut und einer dritten Eintrittsöffnung der zweiten Flut ausgeführt ist. Die Bewegungsvorrichtung ist zur

Initiierung der Bewegung des Abdeckelementes vorgesehen. Zur Zusammenführung oder Trennung der Fluten und zum Öffnen oder Schließen des Umgehungskanals ist das Abdeckelement eine translatorische Bewegung ausführbar ausgebildet, wobei die translatorische Bewegung in Richtung einer Längsachse des Abdeckelementes erfolgt.

Der Vorteil der translatorischen Bewegung des Abdeckelementes ist darin zu sehen, dass zu Beginn des Öffnungsvorganges einer freizugebenden Eintrittsöffnung ein zuerst kleiner Strömungsquerschnitt der Eintrittsöffnung frei gegeben wird, wobei beim weiteren Öffnen der Strömungsquerschnitt aufgrund einer möglichen Bewegung des Abdeckelementes axial über die Eintrittsöffnung stetig zunimmt, bis ein maximaler Strömungsquerschnitt erreicht ist. Somit können aufgrund eines sich beim Öffnungsvorgang stetig

vergrößernden Querschnitts Strömungsirritationen ausgeglichen werden, sodass aufgrund der Strömungsirritationen herbeigeführte Strömungsverluste reduziert werden können.

Selbstverständlich ist bei einem reziproken Vorgang, dem Schließvorgang, ebenfalls ein Strömungsverlust reduzierender Vorgang herbeiführbar, da der Strömungsquerschnitt kontinuierlich und progressiv verkleinert wird. Es ist somit kein abruptes Schließen des Strömungsquerschnittes realisiert, sondern ein sich abhängig von einem axialen Weg des Abdeckelementes langsam verkleinernder Strömungsquerschnitt.

In einer Ausgestaltung ist das Abdeckelement bezogen auf die Längsachse zumindest teilweise rotationssymmetrisch ausgestaltet. Aufgrund der zumindest teilweise

ausgebildeten Rotationssymmetrie ist ein Verklemmen bei der Bewegung des

Abdeckelementes reduziert.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Abdeckelement bezogen auf die Längsachse symmetrisch ausgebildet. Der Vorteil ist eine symmetrische Strömungsführung.

In einer weiteren Ausgestaltung weist das Abdeckelement eine den Fluten zugewandt positionierbare Stirnfläche auf, welche zumindest teilweise mit einer Flutentrennwand, welche zwischen den beiden Fluten ausgebildet ist, komplementär ausgestaltet ist, wodurch eine ausreichende Dichtwirkung erzielbar ist.

Besonders bevorzugt ist die Stirnfläche eben ausgebildet, da damit die Bearbeitung im Vergleich zu einer uneben ausgebildeten Stirnfläche vereinfacht ist, so dass auch Herstellungskosten gering gehalten werden können.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Stirnfläche kleiner ausgebildet als eine

Gesamtquerschnittsfläche der Eintrittsöffnungen der Fluten.

In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung weist das

Abdeckelement mindestens eine erste Anströmfläche und eine zweite Anströmfläche auf, wobei die erste Anströmfläche und die zweite Anströmfläche symmetrisch ausgebildet sind. Die Anströmflächen sind bevorzugt Eintrittsöffnungen der Fluten gegenüberliegend angeordnet. Je größer ein in den beiden Fluten jeweils anliegender Druck ist, desto größer ist eine Unterstützung einer Öffnungs beweg ung des Abdeckelementes durch den Druck.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Mantel des Abdeckelementes Durchströmöffnungen aufweisend ausgebildet. Mit anderen Worten heißt dies, dass in dem sich kegelformartig oder zylindrisch zwischen einer Stirnfläche und einer Deckfläche erstreckenden Mantel des Abdeckelementes vollständig durchdringende

Durchströmöffnungen ausgebildet sind. Somit kann sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen des Strömungsquerschnitts eine wesentlich verbesserte Strömungsanpassung entsprechend einer Größe der Durchströmöffnungen realisiert werden.

Insbesondere ist bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Regelvorrichtung jeweils im Bereich einer Anströmfläche je eine Durchströmöffnung ausgebildet, wobei die Durchströmöffnung über einen überwiegenden Bereich eines im Bereich der Anströmfläche ausgebildeten entsprechenden Kegelmantelabschnitts ausgestaltet ist. Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich einen effektiven, freien

Strömungsquerschnitt zu realisieren, welcher in Abhängigkeit einer axialen Positionierung des Abdeckelementes im Umgehungskanal zur Erzielung eines günstigen

Wirkungsgrades der Turbine, bzw. des Abgasturboladers notwendig ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung weist das Abdeckelement ein Aufnahmeelement auf zur Aufnahme eines Haltearmes der

Bewegungsvorrichtung, wobei das Aufnahmeelement auf dem Haltearm bewegbar ausgebildet ist. Das Abdeckelement ist mit Hilfe der Bewegungsvorrichtung im Umgehungskanal bewegbar. Zur Verbindung der Bewegungsvorrichtung mit dem

Abdeckelement ist am Abdeckelement ein starr mit dem Abdeckelement verbundenes Aufnahmeelement ausgebildet, welches einen Haltearm der Bewegungsvorrichtung mit dem Abdeckelement verbindbar ausgestaltet ist. Idealerweise ist das Aufnahmeelement mit dem Haltearm nicht fest in Form von starr sondern bewegbar verbunden, so dass das Aufnahmeelement und dadurch auch zwangsläufig das Abdeckelement Bewegungen relativ zum Haltearm und damit zur Bewegungsvorrichtung ausführen kann. Das bedeutet insbesondere, dass das Abdeckelement in eine der entsprechenden Strömungssituation angepasst ideale Positionierung im Umgehungskanal selbstjustierend bringbar ist. Mit anderen Worten weist das Abdeckelement mit Hilfe der bewegbaren Verbindung zwischen dem Aufnahmeelement und dem Haltearm einen Freiheitsgrad auf, welches ihm erlaubt, abhängig von der Strömungssituation, eine gesicherte, geräuscharme

Positionierung im Umgehungskanal bzw. am Strömungsquerschnitt selbstregulierend einzunehmen.

In einer idealen Ausgestaltung hierzu weist das Aufnahmeelement eine langlochformartig ausgebildete Aufnahmeöffnung auf.

In einer besonderen Ausgestaltung ist das Aufnahmeelement montagefreundlich den Hebelarm teilweise umfassend ausgebildet. Die Aufnahmeöffnung ist quasi nutartig ausgebildet, entsprechend einer einseitig offenen Gleitführung, so dass das

Abdeckelement mit Hilfe der Aufnahmeöffnung in den Haltearm einhakbar ist. Das bedeutet, bei einer Montage ist es möglich in einem ersten Schritt die

Bewegungsvorrichtung in den Abgasführungsabschnitt einzubringen, daran anschließend in einem zweiten Schritt das Abdeckelement in den Abgasführungsabschnitt,

insbesondere in den Strömungsquerschnitt des Umgehungskanals einzuführen, um dann, in einem dritten und abschließenden Schritt das Abdeckelement mit Hilfe des

Aufnahmeelements durch Verdrehen der Bewegungsvorrichtung am Haltearm der Bewegungsvorrichtung anzubringen und somit eine gesteuerte Bewegungsmöglichkeit des Abdeckelementes herbeiführbar zu realisieren.

Besonders vorteilhaft ist ebenso, dass das Abdeckelement unabhängig von der

Bewegungsvorrichtung aus einem anderen Material ausgebildet sein kann als die

Bewegungsvorrichtung. Somit ist jedes beliebig geeignete Material für das

Abdeckelement einsetzbar. Das heißt weiter, dass aufgrund der losen Verbindung zwischen dem Abdeckelement und der Bewegungsvorrichtung Fügeverfahren zur Herstellung einer festen Verbindung zwischen dem Abdeckelement und der

Bewegungsvorrichtung vermeidbar sind und ebenso nicht-schweißbare Materialien und Materialkompositionen einsetzbar sind.

In einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist das Abdeckelement in jeder Position mindestens teilweise an einer Innenwandung, insbesondere eines das Abdeckelement aufnehmenden Gehäuseelementes anliegbar ausgebildet. Damit kann ein Verklemmen wesentlich reduziert werden.

Zur weiteren Reduzierung eines Verklemmens des Abdeckelementes im

Umgehungskanal und insbesondere in dem Strömungsquerschnitt ist das Abdeckelement und/oder zumindest teilweise die Bewegungsvorrichtung aus einem keramischen Material ausgebildet. Das keramische Material weist eine hohe Wärmebeständigkeit auf, das heißt, dass Verformungen eines Bauteils hergestellt aus keramischem Material gering sind gegenüber den Verformungen des Bauteils, welches aus Metall hergestellt 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. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen bzw. Bauteilen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist es möglich, dass die Elemente bzw. Bauteile nicht in allen Figuren mit ihrem Bezugszeichen versehen sind, ohne jedoch ihre Zuordnung zu verlieren. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 einen Teilschnitt eines Abgasführungsabschnitts eines Abgasturboladers mit einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung;

Fig. 2 einen weiteren Teilschnitt des Abgasführungsabschnitt gem. Fig. 1 in

Anbindung an einen Abgaskrümmer einer Verbrennungskraftmaschine; in einem perspektivischen Längsschnitt ein Abdeckelement der

erfindungsgemäßen Regelvorrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Gehäuseelement in einer ersten Position; in einem perspektivischen Längsschnitt das Abdeckelement gem. Fig. 3 mit dem Gehäuseelement in einer zweiten Position; in einem Längsschnitt das Abdeckelement gem. Fig. 4 mit dem

Gehäuseelement; in einem perspektivischen Längsschnitt das Abdeckelement gem. Fig. 3 mit dem Gehäuseelement in einer dritten Position; in einem Längsschnitt das Abdeckelement gem. Fig. 6 mit einem

Gehäuseelement; in einer Seitenansicht das Abdeckelement gem. Fig. 3; in einer Vorderansicht das Abdeckelement gem. Fig. 3; in einer perspektivischen Darstellung das Abdeckelement gem. Fig. 3; in einer Seitenansicht das Abdeckelement in einem zweiten

Ausführungsbeispiel; in einer Vorderansicht das Abdeckelement gem. Fig. 11 ; in einer perspektivischen Darstellung das Abdeckelement gem. Fig. 11 ; in einem perspektivischen Längsschnitt das Abdeckelement gem. Fig. 11 mit einem Gehäuseelement in einer ersten Position, in einem perspektivischen Längsschnitt das Abdeckelement gem. Fig. 11 mit dem Gehäuseelement in einer zweiten Position; in einem perspektivischen Längsschnitt das Abdeckelement gem. Fig. 11 mit dem Gehäuseelement in einer dritten Position; in einer Seitenansicht das Abdeckelement in einem dritten

Ausführungsbeispiel; in einer Vorderansicht das Abdeckelement gem. Fig. 17; in einer perspektivischen Darstellung das Abdeckelement gem. Fig. 17; in einem perspektivischen Längsschnitt das Abdeckelement gem. Fig. 17 mit einem Gehäuseelement in einer ersten Position; in einem perspektivischen Längsschnitt das Abdeckelement gem. Fig. 17 mit dem Gehäuseelement in einer zweiten Position; in einem perspektivischen Längsschnitt das Abdeckelement gem. Fig. 17 mit dem Gehäuseelement in einer dritten Position; in einer Seitenansicht das Abdeckelement in einem vierten

Ausführungsbeispiel; in einer Vorderansicht das Abdeckelement gem. Fig. 23; in einer perspektivischen Darstellung das Abdeckelement gem. Fig. 23; in einem perspektivischen Längsschnitt das Abdeckelement gem. Fig. 23 mit einem Gehäuseelement in einer ersten Position; in einem perspektivischen Längsschnitt das Abdeckelement gem. Fig. 23 mit dem Gehäuseelement in einer zweiten Position; in einem perspektivischen Längsschnitt das Abdeckelement gem. Fig. 23 mit dem Gehäuseelement in einer dritten Position; Fig. 29 in einer perspektivischen Darstellung das Abdeckelement in einem fünften

Ausführungsbeispiel;

Fig. 30 in einem perspektivischen Längsschnitt das Abdeckelement gem. Fig. 29 mit einem Gehäuseelement in einer ersten Position,

Fig. 31 in einem perspektivischen Längsschnitt das Abdeckelement gem. Fig. 29 mit dem Gehäuseelement in einer zweiten Position,

Fig. 32 in einem perspektivischen Längsschnitt das Abdeckelement gem. Fig. 29 mit dem Gehäuseelement in einer dritten Position,

Fig. 33 in einem perspektivischen Längsschnitt das Abdeckelement in einem

sechsten Ausführungsbeispiel mit einem Gehäuseelement in einer ersten Position,

Fig. 34 in einem perspektivischen Längsschnitt das Abdeckelement gem. Fig. 33 mit dem Gehäuseelement in einer zweiten Position, und

Fig. 35 in einem perspektivischen Längsschnitt das Abdeckelement gem. Fig. 33 mit dem Gehäuseelement in einer dritten Position.

Ein gemäß Fig. 1 ausgebildeter durchströmbarer Abgasführungsabschnitt 1 eines Abgasturboladers 2, umfasst einen ersten Spiralkanal 3 und einen zweiten Spiralkanal 4. Dem ersten Spiralkanal 3 ist eine erste Flut 5 und dem zweiten Spiralkanal 4 ist eine zweite Flut 6 zugeordnet, welche zum Eintritt einer Fluidströmung in den

Abgasführungsabschnitt 1 , im Allgemeinen Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, ausgebildet sind. Die Spiralkanäle 3, 4 sind stromab der Fluten zur Konditionierung der Strömung ausgebildet. Stromab der Spiralkanäle 3, 4 und stromauf eines Austrittskanals 7 ist eine Radkammer 8 ausgebildet, in welcher ein Turbinenrad 9 des Abgasturboladers 2 drehbar aufgenommen ist.

In Fig. 2 ist der Abgasführungsabschnitt 1 in einer Anbindung an einen Abgaskrümmer 10 der Verbrennungskraftmaschine dargestellt. Zur Anpassung eines Betriebsverhaltens des Abgasturboladers 2 an die Fluidstromung ist im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt 1 ein Umgehungskanal 11 zur Umgehung der Radkammer 8 vorgesehen. Der Umgehungskanal 11 weist eine erste Eintrittsöffnung 12 auf, wobei die erste Eintrittsöffnung 12 mit Hilfe einer Regelvorrichtung 13 vollständig oder teilweise verschließbar ist bzw. vollständig oder teilweise geöffnet werden kann.

Entsprechend einer Positionierung der Regelvorrichtung 13 ist es möglich, dass die Fluidstromung die Radkammer 8 und somit das in der Radkammer 8 drehbar

aufgenommene Turbinenrad 9 vollständig oder teilweise anströmt bzw. vollständig oder nur teilweise an dem in der Radkammer 8 drehbar aufgenommenen Turbinenrad 9 vorbei strömt.

Des Weiteren ist die Regelvorrichtung 13 zur Verbindung oder Trennung der beiden Fluten 5, 6 ausgebildet. Hierzu weist die erste Flut 5 eine zweite Eintrittsöffnung 14 auf und die zweite Flut 6 weist eine dritte Eintrittsöffnung 15 auf, welche verschließbar oder zu öffnen sind.

Ein Abdeckelement 16 der Regelvorrichtung 13 ist im Abgasführungsabschnitt 1 so positioniert, dass mit Hilfe einer translatorischen Bewegung in Richtung seiner

Längsachse 17 die erste Eintrittsöffnung 12, die zweite Eintrittsöffnung 14 und die dritte Eintrittsöffnung 15 entsprechend geschlossen oder geöffnet werden können. Das heißt mit anderen Worten, das Abdeckelement 16 ist zur Einstellung von

Strömungsquerschnitten der Eintrittsöffnungen 12, 14, 15 eine im Abgasführungsabschnitt 1 translatorische Bewegung ausführbar positioniert.

Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung 13 weist zur translatorischen Bewegung des Abdeckelements 16 eine Bewegungsvorrichtung 18 auf.

Das Abdeckelement 16 weist eine Stirnfläche 19, eine von der Stirnfläche 19 in Richtung der Längsachse 17 abgewandt ausgebildete Deckfläche 20 sowie eine sich zwischen der Stirnfläche 19 und der Deckfläche 20 aufgespannte Mantelfläche 21 eines Mantels 22 auf. Die Deckfläche 20, welche zur Aufnahme eines Dichtelementes 23 ausgebildet ist, ist kreisförmig ausgestaltet. Das Abdeckelement 16 weist ausgehend von der Stirnfläche 19 bis zur Deckfläche 20 eine axiale Länge L auf. Sofern das Abdeckelement 16 eine nicht näher dargestellte, imaginäre zylinderförmige Umhüllende aufweist, welche sich von der Deckfläche 20 bis zur Stirnfläche 19 erstreckt, ist in einem ersten Elementabschnitt 24, welcher sich ausgehend von der Deckfläche 20 über eine erste Abschnittslänge AL1 erstreckt, ein Querschnitt des Abdeckelements 16 entsprechend der Deckfläche 20 ausgebildet.

Sofern das Abdeckelement 16 eine kegelstumpfförmige Umhüllende aufweist, ist in dem ersten Elementabschnitt 24 der Querschnitt des Abdeckelements 16 entsprechend der Kegelform in Richtung der Stirnfläche 19 abnehmend ausgebildet.

In den Figuren 3 bis 10 ist das Abdeckelement 16 der erfindungsgemäßen

Regelvorrichtung 13 in einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Abdeckelement 16 ist bezogen auf seine Längsachse 17 symmetrisch ausgebildet und weist eine zylindrische Umhüllende auf.

Das Abdeckelement 16 ist in einem Gehäuseelement 25 positioniert. Das

Gehäuseelement 25 kann einstückig mit dem Abgasführungsabschnitt 1 ausgebildet sein. Das Gehäuseelement 25 weist die zweite Eintrittsöffnung 14 und die dritte Eintrittsöffnung 15 auf, welche mit Hilfe einer Flutentrennwand 26 voneinander getrennt sind. Die erste Eintrittsöffnung 12 ist im Bereich der Deckfläche 20 im Abgasführungsabschnitt 1 ausgebildet.

Die Stirnfläche 19 weist einen Steg 27 auf, welcher der Flutentrennwand 26

gegenüberliegend ausgebildet und komplementär zu dieser ausgestaltet ist. Mit Hilfe des Stegs 27 wird eine Aufprallfläche 28 des Abdeckelements 16, auf weiche das Fluid auftrifft, in eine erste Anströmfläche 29 und eine zweite Anströmfläche 30 geteilt. In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist ein weiterer Steg 31 ausgebildet, welcher der Stabilisierung bzw. Festigung des Abdeckelementes 16 dient.

Die Aufprallfläche 28 des Abdeckelementes 16 gem. der Fig. 3 bis 10 ist somit in vier Anströmflächenabschnitte, ein erster Anströmflächenabschnitt 32, ein zweiter

Anströmflächenabschnitt 33, ein dritter Anströmflächenabschnitt 34 und ein vierter Anströmflächenabschnitt 35 gegliedert. Im Bereich der Anströmflächenabschnitte 32, 33, 34, 35 ist jeweils eine Durchströmöffnung 36 ausgestaltet. Die Mantelfläche 21 bzw. der Mantel 22 ist weitestgehend von den Durchströmöffnungen 36 durchbrochen, welche so groß sind, dass ein im Bereich der Anströmflächenabschnitte 32, 33, 34, 35 ausgebildeter Mantelabschnitt des Mantels 22 relativ klein ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass mit zunehmender Verschiebung des Abdeckelementes 16 eine Öffnung eines zwischen dem Gehäuseelement 25 und dem Dichtelement 23 ausgebildeten Strömungsquerschnitts 37 zunehmend freigegeben werden kann bzw. dass mit abnehmender Öffnung des

Strömungsquerschnitts 37 bei einem Schließvorgang mit Hilfe der Durchströmöffnung 36 eine zunehmend kleiner werdende Strömungsfläche freigegeben wird.

In Fig. 3 ist die Regelvorrichtung 13 in einer ersten Position dargestellt. In dieser Position ist der Umgehungskanal 11 geschlossen. Die beiden Fluten 5, 6 sind getrennt. D.h. es findet kein Überströmen von der ersten Flut 5 in die zweite Flut 6 statt, bzw. vice versa.

In den Figuren 4 und 5 ist die Regelvorrichtung 13 in einer zweiten Position dargestellt. In dieser Position ist zwar der Umgehungskanal 11 weiterhin geschlossen, allerdings kann in dieser Position eine Umströmung des Fluids aus der ersten Flut 5 in die zweite Flut 6 stattfinden, bzw. vice versa. Das Fluid, d.h. das Abgas der Verbrennungskraftmaschine strömt vollständig auf das Turbinenrad 9.

In den Figuren 6 und 7 ist die Regelvorrichtung 13 in einer dritten Position dargestellt. In dieser Position erfolgt eine Umströmung des Fluids aus der ersten Flut 5 in die zweite Flut 6 bzw. vice versa sowie ein Abströmen des Fluids über die erste Eintrittsöffnung 12, welche nun durchströmbar mit den Durchströmöffnungen 36 verbunden ist.

Zwischen dem Abdeckelement 16 und einer der Mantelfläche 21 gegenüberliegenden Innenwandung 40 des Gehäuseelements 25 ist zur Führung des Abdeckelementes 16 ein Kontakt ausgebildet.

Das Abdeckelement 16 kann über seine Länge L in drei Elementabschnitte unterteilt werden. Der erste Elementabschnitt 24, welcher keine Durchströmöffnung 36 aufweist, und sich über eine erste Abschnittslänge AL1 erstreckt, ist zur Regelung des

Überströmens von der ersten Flut 5 in die zweite Flut 6 und vice versa vorgesehen. D.h. sofern das Abdeckelement 16 ausgehend von seiner ersten Endposition, in welcher die Stirnfläche 19 die Flutentrennwand 26 kontaktiert, über die erste Abschnittslänge AL1 axial verschoben wird, kann das Überströmen von einer Flut in die andere geregelt werden. In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Bereich des ersten Elementabschnitts 24 an der Mantelfläche 21 ein weiteres Dichtelement aufgenommen.

Ein zweiter Elementabschnitt 41 , welcher an den ersten Elementabschnitt 24

anschließend ausgebildet ist, erstreckt sich über eine zweite Abschnittslänge AL2. In diesem zweiten Elementabschnitt 41 sind die Durchtrittsöffnungen 36 ausgebildet. Sofern das Abdeckelement 6 ausgehend von seiner ersten Endposition, in welcher die

Stirnfläche 19 die Flutentrennwand 26 kontaktiert, über die erste Abschnittslänge AL1 und über die zweite Abschnittslänge AL2 axial verschoben wird, kann ein Abblasen über die Durchströmöffnungen 36 in die erste Eintrittsöffnung 12 geregelt werden. Je nachdem wie wie weit das Abdeckelement 16 verschoben ist, kann mehr oder weniger Abgas in den Umgehungskanal 11 strömen. Ebenso kann ein Überströmen von einer Flut 5; 6 in die andere 6; 5 geregelt werden.

Ein dritter Elementabschnitt 42 dient bei vollständig geöffneter Eintrittsöffnung 12 einer Führung des Abdeckelements 6.

Die im Folgenden angeführten Ausführungsbeispiele weisen die gleichen Positionen mit den gleichen Funktionen auf, wie sie beispielhaft am Abdeckelement 16 des ersten Ausführungsbeispiels gezeigt sind. Daher werden sie im Folgenden nur sofern es

Abwandlungen dazu gibt genannt.

Die Figuren 11 bis 16 zeigen das Abdeckelement 16 in einem zweiten

Ausführungsbeispiel. Das Abdeckelement 16 ist hohlzylinderformartig ausgebildet, wobei zur Stabilisierung des Abdeckelementes 16 der Steg 27 sowie ein Ring 38, welcher den Steg 27 umfassend ausgebildet ist, an der Stirnfläche19 angeordnet sind.

Die Figuren 17 bis 22 zeigen das Abdeckelement 16 in einem dritten Ausführungsbeispiel. Die Anströmflächen 29, 30 sind im wesentlichen in Strömungsrichtung eben ausgebildet, wie auch im zweiten Ausführungsbeispiel. Zur Stabilisierung des Abdeckelements 16 weist dieses den Steg 27 sowie an dessen Enden Ringsegmente 39 auf. Dies stellt ein einfaches sowie gewichtsreduziertes Abdeckelement 16 dar.

Den Figuren 23 bis 28 ist das Abdeckelement 16 in einem vierten Ausführungsbeispiel entnehmbar. Das Abdeckelement 16 ist im Wesentlichen gemäß des ersten

Ausführungsbeispiels ausgebildet, wobei jedoch auf den weiteren Steg 31 verzichtet wurde. Zur Stabilisierung ist das Abdeckelement 16 des vierten Ausführungsbeispiels gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel massiver ausgestaltet. Dies ist insbesondere den Anströmflächen 29, 30 zu entnehmen, deren gegenüber der Längsachse 17 ausgebildete Konkavität im vierten Ausführungsbeispiel geringer ausgebildet ist als im ersten Ausführungsbeispiel. Eine Führung des Abdeckelementes 16 an der

Innenwandung 40 ist mit Hilfe des sich über den vollständigen Durchmesser des

Abdeckelementes 16 erstreckenden Stegs 27 ausgebildet.

Den Figuren 29 bis 32 ist das Abdeckelement 16 in einem fünften Ausführungsbeispiel zu entnehmen. Das Abdeckelement 16 ist im wesentlichen gemäß des zweiten

Ausführungsbeispiels ausgebildet, wobei es jedoch in seiner axialen Erstreckung wesentlich verkürzt ist gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel. Somit können die Durchströmöffnungen 36 entfallen. Dieses Ausführungsbeispiel ist für eine schnelle Steuerung der Fluidströmung geeignet, da zur Herbeiführung der unterschiedlichen Durchströmungen der Eintrittsöffnungen 12, 14, 15 nur kurze Verstellwege des

Abdeckelements 16 notwendig sind.

Den Figuren 33 bis 35 ist das Abdeckelement 16 in einem sechsten Ausführungsbeispiel zu entnehmen. Der Steg 27 ist die Flutentrennwand 26 teilweise aufnehmend

ausgestaltet. Zwischen den Durchströmöffnungen 36 und der Stirnfläche 19 ist im dritten Elementabschnitt 42 ein Stützring 43 ausgebildet, welcher nach der Freigabe der ersten Eintrittsöffnung 12 bei einer weiteren axialen Verschiebung des Abdeckelementes 16 in die von der Flutentrennwand 26 abgewandte Richtung ein Schließen der ersten

Eintrittsöffnung 12 erwirkt. Dabei kann weiter und nach vollständiger Schließung der ersten Eintrittsöffnung 12 ausschließlich ein Überströmen des Fluids aus der ersten Flut 5 in die zweite Flut 6 und vice versa erfolgen.

Damit eine Positionierung des Abdeckelementes 16 in Abhängigkeit der Fluidströmung realisierbar ist, weist das Abdeckelement 16 an seiner von der Stirnfläche 19 abgewandt ausgebildeten Seite des Dichtelementes 23 ein Aufnahmeelement 44 auf.

Das Aufnahmeelement 44 ist u-förmig ausgebildet, das heißt das Aufnahmeelement 44 weist ein einseitig geöffnetes so genanntes Langloch auf. Mit anderen Worten ist im Aufnahmeelement 44 eine langlochförmige Aufnahmeöffnung 45 ausgebildet.

Korrespondierend hierzu ist an der Bewegungsvorrichtung 18 an deren dem Abdeckelement 16 zugewandt ausgebildeten Ende ein in den Figuren 1 und 2

dargestellter Haltearm 47 ausgestaltet, welcher vom Aufnahmeelement 44 in seiner Aufnahmeöffnung 45 aufnehmbar ist. Zwischen einer Oberfläche 46 der Aufnahmeöffnung 45 und einer nicht näher dargestellten weiteren Oberfläche, welche am Haltearm 47 in Form seiner Oberfläche ausgestaltet ist, ist eine so genannte Gleitführung ausgebildet. Das heißt, bei der Positionierung des Abdeckelementes 16 wälzt sich die weitere

Oberfläche auf der Oberfläche 46 ab, so dass eine translatorische Bewegung des Abdeckelementes 16 herbeigeführt wird.

Vorteilhafterweise ist der Haltearm 47 so gestaltet, dass ein Durchmesser des Haltearms 47 über seine axiale Länge veränderlich ist. Beispielsweise weist der Haltearm 47 eine kegelförmige Außenkontur auf. Zur gesicherten Aufnahme des Aufnahmeelementes 44 ist am Ende des Haltearms 47 ein Sicherungselement 48 ausgebildet. Der so ausgebildete Haltearm 47 hat den Vorteil, dass für eine gesicherte Verbindung des Abdeckelementes 16 mit der Bewegungsvorrichtung 18 kein weiteres Fügeverfahren, bspw. Nieten, notwendig ist, da aufgrund der kegelförmigen Außenkontur des Haltearms 47 das

Abdeckelement 16 gegen ein Verdrehen gesichert ist.

Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung kann vorteilhafterweise sowohl für einen in Form einer Zwillingsturbine oder in Form einer Segment-Turbine ausgebildeten

Abgasführungsabschnitt 1 eingesetzt werden.

Claims

Satz neue Patentansprüche

1. Regelvorrichtung für einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt eines

Abgasturboladers, wobei die Regelvorrichtung (13) zur Strömungsleitung eines Fluids in einen im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt (1 ) ausgebildeten Umgehungskanal

(11 ) zur Umgehung eines im Abgasführungsabschnitt (1 ) in einer Radkammer (8) des Abgasführungsabschnitts (1 ) drehbar angeordneten Turbinenrades (9) des

Abgasführungsabschnitts (1 ) sowie zur Strömungsleitung des Fluids einer im

Abgasführungsabschnitt (1 ) vorgesehenen ersten Flut (5) und zweiten Flut (6)

ausgebildet ist, umfassend eine Bewegungsvorrichtung (18) und ein Abdeckelement (16), wobei das Abdeckelement (16) zum Öffnen oder Schließen einer ersten Eintrittsöffnung

(12) des Umgehungskanals (11 ) sowie einer zweiten Eintrittsöffnung (14) der ersten Flut (5) und einer dritten Eintrittsöffnung (15) der zweiten Flut (6) ausgeführt ist, und wobei die Bewegungsvorrichtung (18) zur Initiierung der Bewegung des Abdeckelementes (16) vorgesehen ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

zur Zusammenführung oder Trennung der Fluten (5, 6) und zum Öffnen oder Schließen des Umgehungskanals (11 ) das Abdeckelement (16) eine translatorische Bewegung ausführbar ausgebildet ist, wobei die translatorische Bewegung in Richtung einer

Längsachse (17) des Abdeckelementes (16) erfolgt, und wobei das Abdeckelement (16) zumindest eine erste Anströmfläche (29) und eine zweite Anströmfläche (30) aufweist, welche mit Hilfe eines Stegs (27) voneinander getrennt ausgebildet sind, und wobei die Anströmflächen (29, 30) zur Vermeidung von Strömungsirritationen ausgebildet sind.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abdeckelement (16) bezogen auf die Längsachse (17) zumindest teilweise rotationssymmetrisch ausgestaltet ist.

3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (16) bezogen auf die Längsachse (17) symmetrisch ausgebildet ist.

4. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abdeckelement (16) eine den Fluten (5, 6) zugewandt positionierbare Stirnfläche (19) aufweist, welche zumindest teilweise mit einer Flutentrennwand (26), welche zwischen den beiden Fluten (5, 6) ausgebildet ist, komplementär ausgestaltet ist.

5. Regelvorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Stirnfläche (19) eben ausgebildet ist.

6. Regelvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Stirnfläche (19) kleiner ausgebildet ist als eine Gesamtquerschnittsfläche der Eintrittsöffnungen (14, 15) der Fluten (5, 6).

7. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abdeckelement (16) mit Hilfe der Stirnfläche (19) in die erste Anströmfläche (29) und in die zweite Anströmfläche (30) geteilt ist, wobei die erste Anströmfläche (29) und die zweite Anströmfläche (30) symmetrisch ausgebildet sind.

8. Regelvorrichtung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

jeweils im Bereich einer Anströmfläche (29, 30) eine Durchströmöffnung (36) ausgebildet ist, wobei die Durchströmöffnung (36) über einen überwiegenden Bereich eines im Bereich der Anströmfläche (29, 30) ausgebildeten entsprechenden Mantels (22) des Abdeckelementes (16) ausgestaltet ist.

9. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abdeckelement (16) ein Aufnahmeelement (44) aufweist zur Aufnahme eines Haltearmes (47) der Bewegungsvorrichtung (18), wobei das Aufnahmeelement (44) an dem Haltearm (47) bewegbar ausgebildet ist.

10. Regelvorrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Aufnahmeelement (44) eine langlochformartig ausgebildete Aufnahmeöffnung (45) aufweist.

11. Regelvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Aufnahmeelement (44) den Haltearm (47) teilweise umfassend ausgebildet ist.

12. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abdeckelement (16) in jeder Position mindestens teilweise an einer Innenwandung (40), insbesondere eines das Abdeckelement (16) aufnehmenden Gehäuseelementes (25) anliegbar ausgebildet ist.

13. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abdeckelement (16) und/oder zumindest teilweise die Bewegungsvorrichtung (18) aus einem keramischen Material ausgebildet ist.