WO2017153025A1 - Ventilelement für eine turbine eines abgasturboladers - Google Patents

Ventilelement für eine turbine eines abgasturboladers Download PDF

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WO2017153025A1
WO2017153025A1 PCT/EP2017/000089 EP2017000089W WO2017153025A1 WO 2017153025 A1 WO2017153025 A1 WO 2017153025A1 EP 2017000089 W EP2017000089 W EP 2017000089W WO 2017153025 A1 WO2017153025 A1 WO 2017153025A1
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exhaust gas
valve element
valve
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Viktor Buchmiller
Sunny Junge
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Daimler AG
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    • 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 a valve element, in particular a wastegate, for a turbine of an exhaust gas turbocharger according to the preamble of patent claim 1.
  • valve elements in particular in the form of so-called waste gates, for turbines of exhaust gas turbochargers are already well known from the general state of the art and in particular from the production of standard vehicles.
  • a valve element has a valve body, by means of which an amount of a bypass channel of the turbine flowing through the exhaust gas is adjustable. As a result, for example, to be provided by the exhaust gas turbocharger boost pressure is adjustable.
  • the turbine When finished, the turbine has a turbine housing with a receiving space in which a turbine wheel is rotatably received about an axis of rotation relative to the turbine housing.
  • the turbocharger is included
  • part of an internal combustion engine in particular a motor vehicle, wherein the turbine, in particular the turbine wheel, can be driven by the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • the exhaust gas by means of
  • Turbine housing led to the receiving space and thus to the turbine wheel, so that the exhaust gas can flow to the turbine wheel and thereby drive.
  • the turbine has at least one bypass channel over which the turbine wheel of at least a portion of the exhaust gas to bypass.
  • the bypassing of the turbine wheel is also referred to as blow-off or blow-off, since the exhaust gas flowing through the bypass channel bypasses the turbine wheel and thus does not flow against it and does not drive.
  • the valve element is commonly referred to as wastegate or wastegate valve and is relative to the turbine housing between a closed position and at least one open position movable.
  • the closed position of the bypass channel by means of the valve element, in particular by means of the valve body, for example, fluidly blocked, so that no exhaust gas can flow through the bypass channel.
  • the valve element releases the bypass channel, so that at least part of the exhaust gas can flow through the bypass channel and thus bypass the turbine wheel.
  • Object of the present invention is to develop a valve element of the type mentioned in such a way that the weight of the valve element can be kept very low.
  • Claim 1 specified type such that the weight of the valve element can be kept particularly low, it is inventively provided that the valve body on a first side at least a first
  • Hollow chamber and on one of the first side facing away from the second side has at least one second hollow chamber.
  • the invention is based in particular on the recognition that the valve body of a conventional valve element is usually solid, that is to say as a solid body or wastegate body, and in particular in the form of a plate. This leads to a high weight of the valve body of a conventional valve element.
  • Valve body and thus the valve element as a whole so that, for example, high accelerations and in particular high forces act on the valve element, in particular when the valve element or the valve body is moved.
  • the high weight leads to vibrations and
  • thermomechanical loads can cause cracks.
  • valve element since the valve body has on the sides facing away from each other at least one hollow chamber. At the same time, by means of the valve body of the
  • Valve element according to the invention ensures a sufficient sealing function be so that the bypass channel by means of the valve body, for example, can be fluidly locked safely. Since the valve body in contrast to a solid body can be produced with a particularly low cost of materials, the
  • Valve body are made particularly inexpensive. Furthermore, it is possible to realize an at least almost uniform wall thickness and thus material, so that the material cracking susceptibility and thus the risk that there are cracks in the
  • Valve body comes can be kept very low. Furthermore, excessive vibrations and thus excessive loads on a kinematics for moving the valve element can be avoided, so that a particularly robust operation of the turbine and thus of the exhaust gas turbocharger as a whole can be realized.
  • the respective hollow chambers are cavities which are open, for example, in each case on exactly one side and thus open into the surroundings of the valve body via the respective exactly one side.
  • the respective hollow chamber for example, a
  • Recess which is open on exactly one side and has a recess bounding the recess in a first direction and at least one wall of the valve body delimiting the recess in all other directions extending perpendicular to the first direction.
  • FIG. 1 shows a detail of a schematic sectional view of a turbine of a
  • Exhaust gas turbocharger comprising a valve element for adjusting an amount of exhaust gas flowing through a bypass passage of the turbine, wherein Fig. 1 is used to explain the background of the invention
  • Fig. 2 is a schematic perspective view of an inventive
  • FIG. 3 shows a schematic side view of the valve element according to FIG. 2; FIG. and
  • Fig. 4 is a further schematic perspective view of the valve element according to
  • Fig. 1 shows a detail in a schematic sectional view of a generally designated 10 turbine for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, in particular for driving a motor vehicle such as a
  • the exhaust gas turbocharger comprises the turbine 10 and a compressor, not shown in the figures, which in an intake of the
  • Internal combustion engine air via the intake tract, wherein the air is directed by means of the intake tract in at least one combustion chamber, in particular in the form of a cylinder of the internal combustion engine.
  • the cylinder is the air and fuel, in particular liquid fuel supplied, so that forms a fuel-air mixture in the cylinder. This fuel-air mixture is burned, resulting in exhaust gas of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine has an exhaust tract, by means of which the exhaust gas is discharged from the cylinder.
  • the exhaust gas can flow through the exhaust gas, with the turbine 10 being arranged in the exhaust gas tract.
  • the turbine 10 is also traversed by the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • the air flowing through the intake tract is compressed by means of the compressor, so that a particularly efficient operation of the internal combustion engine can be realized.
  • the compressor can be driven by the turbine 10, which in turn can be driven by the exhaust gas, so that energy contained in the exhaust gas can be used to compress the air.
  • the turbine 10 comprises a turbine housing 12, which can be seen in detail in FIG. 1, through which the exhaust gas can flow.
  • the turbine housing 12 has two floods 14 and 16, through which exhaust gas can flow, which are at least partially separated from one another fluidically and open into a receiving space of the turbine housing 12.
  • the turbine housing 12 comprises a wall 18, which can be seen in detail in FIG. 1, through which the floods 14 and 16 at least in one Partial region or length range are fluidly separated from each other.
  • a wall 18 which can be seen in detail in FIG. 1, through which the floods 14 and 16 at least in one Partial region or length range are fluidly separated from each other.
  • the turbine wheel is part of a rotor of the exhaust gas turbocharger, wherein the rotor also comprises a shaft and a compressor wheel of the compressor.
  • the compressor comprises a compressor housing in which the compressor wheel is rotatably received.
  • the compressor wheel is about the aforementioned axis of rotation relative to the
  • Rotatable compressor housing The turbine wheel and the compressor wheel are non-rotatably connected to the shaft so that the compressor wheel can be driven by the turbine wheel via the shaft.
  • the turbine 10, in particular the turbine housing 12, furthermore has at least one overflow opening 20 adjoining the wall 18, for example in the flow direction of the exhaust gas, through the turbine housing 12, via which the flows 14 and 16 can be fluidically connected to one another.
  • the turbine housing 12 has a bypass channel, not visible in the figures, through which the turbine wheel can be bypassed, at least by a part of the exhaust gas. This means that
  • Turbine housing 12 for example, has an inflow opening, via which the exhaust passage from the flood 14 and / or 16 can be fed.
  • This bypassing of the turbine wheel is also called
  • the fluidic connection of the floods 14 and 16, in particular via the overflow opening 20, is also referred to as a blowing, Flutenumblasung or flood connection.
  • the turbine 10 further includes a generally designated 22 valve member which is movable relative to the turbine housing 12 and in particular pivotable about a pivot axis.
  • the valve member 22 includes a valve body 24 which is relatively to the turbine housing 12 movable, in particular about the pivot axis
  • valve body 24 is solid, that is formed as a solid body.
  • the valve body 24 is connected to a presently formed as a pin connecting element 28, via which the valve body 24 and the valve element 22 is connected or coupled in total with a kinematics.
  • the valve element 22 is movable relative to the turbine housing 12.
  • the kinematics include a present as
  • Lever element 26 formed actuating element, by means of which the valve element 22 and thus the valve body 24 are movable, in particular pivotable, are.
  • valve element 22 in particular the valve body 24, is between a
  • valve body 24 are a the
  • valve body 24 has a double function, since the exactly one valve body 24 is used both for setting the first quantity and for adjusting the second quantity of the exhaust gas.
  • the number of parts, the weight and the cost of the turbine 10 can be kept particularly low, so that a particularly advantageous and in particular efficient operation of the turbine 10 can be realized.
  • the bypass channel or the inflow opening of the bypass channel is fluidly blocked by means of the valve body 24, so that no exhaust gas can flow through the bypass channel or can flow into the bypass channel. Further, it is provided that in the closed position of the valve body 24 and the valve element 22 and the overflow 20 is fluidly blocked by means of the valve body 24 so that the floods 14 and 16 in the closed position of the valve body 24 and the valve member 22 is not fluidically via the overflow 20 connected to each other. In other words, the floods 14 and 16 in the
  • valve body 24 closed position of the valve body 24 by means of this fluidly separated from each other. In the open position, the valve body 24 gives both the bypass channel
  • Open position of the valve body 24 is set a flood connection.
  • Jam charging operation are operated as exhaust gas from the flood 14 in the flood 16th
  • FIG. 2 to 4 show an embodiment of the valve element 22, wherein the weight of the valve element 22 can be kept particularly low. From a synopsis of Fig. 2 to 4 is particularly well seen that - to keep the weight of the valve element 22 is particularly low - the valve body 24 on a first side 30 at least a first hollow chamber 32 and on one of the first side 30 opposite or from the first side 30 facing away from, second side 34 has two second hollow chambers 36 and 38.
  • the respective hollow chambers 32, 36 and 38 are formed as respective recesses, wherein the respective recess is open on exactly one respective side and thereby open into the environment of the valve body 24.
  • the respective hollow chamber 32, 36 or 38 has a passage opening 40, via which the respective hollow chamber 32, 36
  • the connecting element 28 is arranged on the first side 30 and thus on the side of the hollow chamber 32, wherein the valve body 24 integral with the
  • Connecting element 28 is formed.
  • the respective hollow chamber 32, 36 is formed.
  • valve body 24 has a bottom 42 formed by the valve body 24, through which the respective hollow chamber 32, 36 and 38 in a first
  • the respective hollow chamber 32, 36 or 38 has an integrally formed with the bottom 42 wall 44 of the valve body 24, wherein the respective hollow chamber 32, 36 and 38 in all perpendicular to the first direction extending directions through the wall 44 is limited. Since the respective Hollow chamber 32, 36 and 38 has the respective passage opening 40, the respective hollow chamber 32, 36 and 38 in a first direction opposite and parallel to the first direction extending second direction open and thus opens in the second direction in the vicinity of the valve body 24th ,
  • the respective second hollow chambers 36 and 38 are set back relative to respective surface regions 46 of the valve body 24 adjoining the respective second hollow chambers 36 and 38, so that the respective second hollow chambers 36 and 38 are opposite to the respective ones Form respective recesses of the valve body 24 form respective hollow chambers 36 and 38 subsequent surface regions 46.
  • the valve body 24 on the second side 34 has a web 48 which protrudes from the surface regions 46 and thus projects beyond the surface regions 46.
  • the second hollow chambers 36 and 38 are arranged by the web between the hollow chambers 36 and 38
  • a particularly high strength of the web 48 due to a particularly advantageous connection to the valve body 24 can be realized. Furthermore, excess material can be avoided at a tip S of the valve body 24, but provided as a tongue or trained web 48 is provided for separating the floods 14 and 16.
  • the respective hollow chamber 32, 36 and 38 can as
  • Ball segment be formed.
  • the hollow chamber 32 is formed as a half-hollow sphere or half-hollow sphere segment.
  • any other geometries such as cylinders, cones, freeform, etc. are possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventilelement (22) für eine Turbine (10) eines Abgasturboladers, mit einem Ventilkörper (24), mittels welchem eine Menge eines einen Umgehungskanal der Turbine (10) durchströmenden Abgases einstellbar ist, wobei der Ventilkörper (24) auf einer ersten Seite (30) wenigstens eine erste Hohlkammer (32) und auf einer der ersten Seite (30) abgewandten zweiten Seite (34) wenigstens eine zweite Hohlkammer (36, 38) aufweist.

Description

Ventilelement für eine Turbine eines Abgasturboladers
Die Erfindung betrifft ein Ventilelement, insbesondere ein Wastegate, für eine Turbine eines Abgasturboladers gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Derartige Ventilelemente, insbesondere in Form von sogenannten Wastegates, für Turbinen von Abgasturboladern sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Ein solches Ventilelement weist einen Ventilkörper auf, mittels welchem eine Menge eines einen Umgehungskanal der Turbine durchströmenden Abgases einstellbar ist. Hierdurch ist beispielsweise ein von dem Abgasturbolader bereitzustellender Ladedruck einstellbar.
In fertig hergestelltem Zustand weist die Turbine ein Turbinengehäuse mit einem Aufnahmeraum auf, in welchem ein Turbinenrad um eine Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse drehbar aufgenommen ist. Der Abgasturbolader ist dabei
beispielsweise Bestandteil einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, wobei die Turbine, insbesondere das Turbinenrad, von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Hierzu wird das Abgas mittels des
Turbinengehäuses zu dem Aufnahmeraum und somit zu dem Turbinenrad geführt, sodass das Abgas das Turbinenrad anströmen und dadurch antreiben kann.
Üblicherweise weist die Turbine wenigstens einen Umgehungskanal auf, über welchen das Turbinenrad von zumindest einem Teil des Abgases zu umgehen ist. Das Umgehen des Turbinenrads wird auch als Abblasen oder Abblasung bezeichnet, da das den Umgehungskanal durchströmende Abgas das Turbinenrad umgeht und somit nicht anströmt und nicht antreibt.
Das Ventilelement wird üblicherweise auch als Wastegate oder Wastegate-Ventil bezeichnet und ist relativ zu dem Turbinengehäuse zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung bewegbar. In der Schließstellung ist der Umgehungskanal mittels des Ventilelements, insbesondere mittels des Ventilkörpers, beispielsweise fluidisch versperrt, sodass kein Abgas den Umgehungskanal durchströmen kann. In der Offenstellung gibt das Ventilelement den Umgehungskanal frei, sodass zumindest ein Teil des Abgases den Umgehungskanal durchströmen und somit das Turbinenrad umgehen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ventilelement der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass das Gewicht des Ventilelements besonders gering gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Ventilelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Ventilelement, insbesondere ein Wastegate, der im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass das Gewicht des Ventilelements besonders gering gehalten werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Ventilkörper auf einer ersten Seite wenigstens eine erste
Hohlkammer und auf einer der ersten Seite abgewandten, zweiten Seite wenigstens eine zweite Hohlkammer aufweist. Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass der Ventilkörper eines herkömmlichen Ventilelements üblicherweise massiv, das heißt als massiver Körper beziehungsweise Wastegate-Körper, und dabei insbesondere in Form eines Tellers ausgebildet ist. Dies führt zu einem hohen Gewicht des
Ventilkörpers und somit des Ventilelements insgesamt, sodass beispielsweise hohe Beschleunigungen und insbesondere hohe Kräfte auf das Ventilelement wirken, insbesondere dann, wenn das Ventilelement beziehungsweise der Ventilkörper bewegt wird. Insbesondere führt das hohe Gewicht zu durch Schwingungen und
Abgaspulsationen verursachten Belastungen, welche auch auf eine Kinematik zum
Bewegen des Ventilkörpers übertragen werden. Ferner weist ein herkömmlicher
Ventilkörper eine große Materialanhäufung auf, aufgrund derer es zu durch
thermomechanische Belastungen bewirkten Rissen kommen kann.
Diese Probleme können nun mittels des erfindungsgemäßen Ventilelements vermieden werden, da der Ventilkörper auf den voneinander abgewandten Seiten jeweils wenigstens eine Hohlkammer aufweist. Gleichzeitig kann mittels des Ventilkörpers des
erfindungsgemäßen Ventilelements eine hinreichende Dichtfunktion gewährleistet werden, sodass der Umgehungskanal mittels des Ventilkörpers beispielsweise fluidisch sicher versperrt werden kann. Da der Ventilkörper im Gegensatz zu einem massiven Körper mit einem besonders geringen Materialaufwand herstellbar ist, kann der
Ventilkörper besonders kostengünstig hergestellt werden. Ferner ist es möglich, eine zumindest nahezu gleichmäßige Wand- und somit Material stärke zu realisieren, sodass auch die Materialrissanfälligkeit und somit die Gefahr, dass es zu Rissen des
Ventilkörpers kommt, besonders gering gehalten werden können. Des Weiteren können übermäßige Schwingungen und somit übermäßige Belastungen einer Kinematik zum Bewegen des Ventilelements vermieden werden, sodass sich ein besonders robuster Betrieb der Turbine und somit des Abgasturboladers insgesamt realisieren lässt.
Die jeweiligen Hohlkammern sind Hohlräume, welche beispielsweise jeweils auf genau einer Seite offen sind und somit über die jeweilige genau eine Seite in die Umgebung des Ventilkörpers münden. Somit ist die jeweilige Hohlkammer beispielsweise eine
Ausnehmung, welche auf der genau einen Seite offen ist und einen die Ausnehmung in eine erste Richtung begrenzenden Boden sowie wenigstens eine die Ausnehmung in alle senkrecht zu der ersten Richtung verlaufende weitere Richtungen begrenzende Wandung des Ventilkörpers aufweist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels 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 Schnittansicht einer Turbine eines
Abgasturboladers, mit einem Ventilelement zum Einstellen einer einen Umgehungskanal der Turbine durchströmenden Menge eines Abgases, wobei Fig. 1 der Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung dient;
Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen
Ventilelements; Fig. 3 eine schematische Seitenansicht des Ventilelements gemäß Fig. 2; und
Fig. 4 eine weitere schematische Perspektivansicht des Ventilelements gemäß
Fig. 2 und 3.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Turbine für einen Abgasturbolader einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zum Antreiben eines Kraftwagens wie beispielsweise eines
Personenkraftwagens. Der Abgasturbolader umfasst die Turbine 10 sowie einen in den Fig. nicht dargestellten Verdichter, welcher in einem Ansaugtrakt der
Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Während ihres Betriebs saugt die
Verbrennungskraftmaschine Luft über den Ansaugtrakt an, wobei die Luft mittels des Ansaugtrakts in wenigstens einen Brennraum insbesondere in Form eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine geleitet wird. Dem Zylinder werden die Luft und Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, zugeführt, sodass sich in dem Zylinder ein Kraftstoff- Luft-Gemisch bildet. Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch wird verbrannt, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine resultiert.
Die Verbrennungskraftmaschine weist dabei einen Abgastrakt auf, mittels welchem das Abgas aus dem Zylinder abgeführt wird. Demzufolge ist der Abgastrakt von dem Abgas durchströmbar, wobei die Turbine 10 in dem Abgastrakt angeordnet ist. Somit ist die Turbine 10 ebenfalls von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar. Die den Ansaugtrakt durchströmende Luft wird mittels des Verdichters verdichtet, sodass ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist. Der Verdichter ist von der Turbine 10 antreibbar, welche wiederum von dem Abgas antreibbar ist, sodass im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden kann.
Die Turbine 10 umfasst ein in Fig. 1 ausschnittsweise erkennbares Turbinengehäuse 12, welches von dem Abgas durchströmbar ist. Das Turbinengehäuse 12 weist zwei von dem Abgas durchströmbare Fluten 14 und 16 auf, welche zumindest teilweise fluidisch voneinander getrennt sind und in einen Aufnahmeraum des Turbinengehäuses 12 münden. Das Turbinengehäuse 12 umfasst dabei eine aus Fig. 1 ausschnittsweise erkennbare Wandung 18, durch welche die Fluten 14 und 16 zumindest in einem Teilbereich beziehungsweise Längenbereich fluidisch voneinander getrennt sind. In vollständig hergestelltem Zustand der Turbine 10 ist in dem Aufnahmeraum ein
Turbinenrad aufgenommen, welches um eine Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse 12 drehbar ist. Das die Fluten 14 und 16 durchströmende Abgas wird mittels der Fluten 1 und 16 zu dem Turbinenrad der Turbine 10 geführt, sodass das die Fluten 14 und 16 durchströmende Abgas in den Aufnahmeraum ein- und das Turbinenrad anströmen kann. Dadurch wird das Turbinenrad von dem Abgas angetrieben.
Das Turbinenrad ist Bestandteil eines Rotors des Abgasturboladers, wobei der Rotor auch eine Welle und ein Verdichterrad des Verdichters umfasst. Dabei umfasst der Verdichter ein Verdichtergehäuse, in welchem das Verdichterrad drehbar aufgenommen ist. Das Verdichterrad ist dabei um die zuvor genannte Drehachse relativ zu dem
Verdichtergehäuse drehbar. Das Turbinenrad und das Verdichterrad sind drehfest mit der Welle verbunden, sodass das Verdichterrad über die Welle von dem Turbinenrad antreibbar ist.
Die Turbine 10, insbesondere das Turbinengehäuse 12, weist ferner wenigstens eine sich beispielsweise in Strömungsrichtung des Abgases durch das Turbinengehäuse 12 an die Wandung 18 anschließende Überströmöffnung 20 auf, über welche die Fluten 14 und 16 fluidisch miteinander verbindbar sind. Außerdem weist das Turbinengehäuse 12 einen in den Fig. nicht erkennbaren Umgehungskanal auf, über welchen das Turbinenrad zumindest von einem Teil des Abgases zu umgehen ist. Dies bedeutet, dass das
Turbinengehäuse 12 beispielsweise eine Einströmöffnung aufweist, über welche dem Umgehungskanal das Abgas aus der Flut 14 und/oder 16 zuführbar ist. Das über die Einströmöffnung - wenn diese freigegeben ist - in den Umgehungskanal einströmende Abgas kann den Umgehungskanal durchströmen und somit das Turbinenrad umgehen, wobei das den Umgehungskanal durchströmende Abgas das Turbinenrad nicht anströmt und demzufolge nicht antreibt. Dieses Umgehen des Turbinenrads wird auch als
Abblassen oder Abblasung bezeichnet, da die in dem den Umgehungskanal
durchströmenden Abgas enthaltene Energie nicht zum Antreiben des Turbinenrads genutzt wird. Das fluidische Verbinden der Fluten 14 und 16, insbesondere über die Überströmöffnung 20, wird auch als Umblasung, Flutenumblasung oder Flutenverbindung bezeichnet.
Die Turbine 10 umfasst ferner ein im Ganzen mit 22 bezeichnetes Ventilelement, welches relativ zu dem Turbinengehäuse 12 bewegbar und insbesondere um eine Schwenkachse verschwenkbar ist. Das Ventilelement 22 umfasst einen Ventilkörper 24, welcher relativ zu dem Turbinengehäuse 12 bewegbar, insbesondere um die Schwenkachse
verschwenkbar, ist.
Bei dem in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der Ventilkörper 24 massiv, das heißt als massiver Körper ausgebildet. Der Ventilkörper 24 ist mit einem vorliegend als Stift ausgebildeten Verbindungselement 28 verbunden, über welchen der Ventilkörper 24 beziehungsweise das Ventilelement 22 insgesamt mit einer Kinematik verbunden beziehungsweise gekoppelt ist. Mittels dieser Kinematik ist das Ventilelement 22 relativ zu dem Turbinengehäuse 12 bewegbar. Die Kinematik umfasst ein vorliegend als
Hebelelement 26 ausgebildetes Betätigungselement, mittels welchem das Ventilelement 22 und somit der Ventilkörper 24 bewegbar, insbesondere verschwenkbar, sind.
Das Ventilelement 22, insbesondere der Ventilkörper 24, ist zwischen einer
Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung relativ zu dem Turbinengehäuse 12 bewegbar, insbesondere um die Schwenkachse verschwenkbar. Mittels des genau einen und beispielsweise einstückig ausgebildeten Ventilkörpers 24 sind dabei eine den
Umgehungskanal durchströmende erste Menge des Abgases als auch eine die
Überströmöffnung 20 durchströmende zweite Menge des Abgases einstellbar. Dies bedeutet, dass dem Ventilkörper 24 eine Doppelfunktion zukommt, da der genau eine Ventilkörper 24 sowohl zum Einstellen der ersten Menge als auch zum Einstellen der zweiten Menge des Abgases genutzt wird. Dadurch können die Teileanzahl, das Gewicht und die Kosten der Turbine 10 besonders gering gehalten werden, sodass sich ein besonders vorteilhafter und insbesondere effizienter Betrieb der Turbine 10 realisieren lassen.
In der Schließstellung des Ventilkörpers 24 beziehungsweise des Ventilelements 22 ist der Umgehungskanal beziehungsweise die Einströmöffnung des Umgehungskanals mittels des Ventilkörpers 24 fluidisch versperrt, sodass kein Abgas den Umgehungskanal durchströmen beziehungsweise in den Umgehungskanal einströmen kann. Ferner ist es vorgesehen, dass in der Schließstellung des Ventilkörpers 24 beziehungsweise des Ventilelements 22 auch die Überströmöffnung 20 mittels des Ventilkörpers 24 fluidisch versperrt ist, sodass die Fluten 14 und 16 in der Schließstellung des Ventilkörpers 24 beziehungsweise des Ventilelements 22 nicht über die Überströmöffnung 20 fluidisch miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten sind die Fluten 14 und 16 in der
Schließstellung des Ventilkörpers 24 mittels dieses fluidisch voneinander getrennt. In der Offenstellung gibt der Ventilkörper 24 sowohl den Umgehungskanal
beziehungsweise die Einströmöffnung als auch die Überströmöffnung 20 frei, wodurch Abgas sowohl durch die Überströmöffnung 20 als auch in den beziehungsweise durch den Umgehungskanal strömen kann. In der Offenstellung sind die Fluten 14 und 16 somit über die Überströmöffnung 20 fluidisch miteinander verbunden, sodass in der
Offenstellung des Ventilkörpers 24 eine Flutenverbindung eingestellt ist. In der
Schließstellung des Ventilkörpers 24 hingegen ist eine Flutentrennung eingestellt. Da die Überströmöffnung 20 bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch das Turbinengehäuse 12 stromauf des Turbinenrads angeordnet ist, kann die Turbine 10 in der Schließstellung des Ventilkörpers 24 in einem Stoßaufladebetrieb betrieben werden. In der Offenstellung des Ventilkörpers 24 kann die Turbine 10 in einem
Stauaufladebetrieb betrieben werden, da Abgas aus der Flut 14 in die Flut 16
überströmen kann beziehungsweise umgekehrt.
Fig. 2 bis 4 zeigen eine Ausführungsform des Ventilelements 22, wobei das Gewicht des Ventilelements 22 besonders gering gehalten werden kann. Aus einer Zusammenschau von Fig. 2 bis 4 ist besonders gut erkennbar, dass - um das Gewicht des Ventilelements 22 besonders gering zu halten - der Ventilkörper 24 auf einer ersten Seite 30 wenigstens eine erste Hohlkammer 32 und auf einer der ersten Seite 30 gegenüberliegenden beziehungsweise von der ersten Seite 30 abgewandten, zweiten Seite 34 zwei zweite Hohlkammern 36 und 38 aufweist. Die jeweiligen Hohlkammern 32, 36 und 38 sind dabei als jeweilige Ausnehmungen ausgebildet, wobei die jeweilige Ausnehmung auf genau einer jeweiligen Seite offen ist und dadurch in die Umgebung des Ventilkörpers 24 münden. Mit anderen Worten weist die jeweilige Hohlkammer 32, 36 beziehungsweise 38 eine Durchgangsöffnung 40 auf, über welche die jeweilige Hohlkammer 32, 36
beziehungsweise 38 in die Umgebung des Ventilkörpers 24 mündet. Die jeweilige
Durchgangsöffnung 40 ist dabei frei und demzufolge nicht versperrt.
Das Verbindungselement 28 ist dabei auf der ersten Seite 30 und somit auf Seiten der Hohlkammer 32 angeordnet, wobei der Ventilkörper 24 einstückig mit dem
Verbindungselement 28 ausgebildet ist. Die jeweilige Hohlkammer 32, 36
beziehungsweise 38 weist einen durch den Ventilkörper 24 gebildeten Boden 42 auf, durch welchen die jeweilige Hohlkammer 32, 36 beziehungsweise 38 in eine erste
Richtung begrenzt ist. Ferner weist die jeweilige Hohlkammer 32, 36 beziehungsweise 38 eine einstückig mit dem Boden 42 ausgebildete Wandung 44 des Ventilkörpers 24 auf, wobei die jeweilige Hohlkammer 32, 36 beziehungsweise 38 in alle senkrecht zur ersten Richtung verlaufende Richtungen durch die Wandung 44 begrenzt ist. Da die jeweilige Hohlkammer 32, 36 beziehungsweise 38 die jeweilige Durchgangsöffnung 40 aufweist, ist die jeweilige Hohlkammer 32, 36 beziehungsweise 38 in eine der ersten Richtung entgegengesetzte und parallel zur ersten Richtung verlaufende, zweite Richtung offen und mündet somit in die zweite Richtung in die Umgebung des Ventilkörpers 24.
Die jeweiligen zweiten Hohlkammern 36 und 38, insbesondere ihre jeweiligen Böden 42, sind gegenüber jeweiligen, sich an die jeweiligen zweiten Hohlkammern 36 und 38 anschließenden Oberflächenbereichen 46 des Ventilkörpers 24 zurückversetzt, sodass die jeweiligen zweiten Hohlkammern 36 und 38 gegenüber den jeweiligen, sich an die jeweiligen Hohlkammern 36 und 38 anschließenden Oberflächenbereichen 46 jeweilige Ausnehmungen des Ventilkörpers 24 bilden. Dabei weist der Ventilkörper 24 auf der zweiten Seite 34 einen Steg 48 auf, welcher von den Oberflächenbereichen 46 absteht und somit die Oberflächenbereiche 46 überragt. Dabei sind die zweiten Hohlkammern 36 und 38 durch den zwischen den Hohlkammern 36 und 38 angeordneten Steg
voneinander getrennt.
Durch die beschriebene, aus Fig. 2 bis 4 erkennbare Ausgestaltung des Ventilkörpers 24 kann eine besonders hohe Festigkeit des Stegs 48 infolge einer besonders vorteilhaften Anbindung an den Ventilkörper 24 realisiert werden. Ferner kann überschüssiges Material an einer Spitze S des Ventilkörpers 24 vermieden werden, wobei jedoch der als Zunge fungierende beziehungsweise ausgebildete Steg 48 zum Trennen der Fluten 14 und 16 vorgesehen ist. Die jeweilige Hohlkammer 32, 36 beziehungsweise 38 kann als
Kugelsegment ausgebildet sein. Beispielsweise ist die Hohlkammer 32 als Halbhohlkugel oder Halbhohlkugelsegment ausgebildet. Selbstverständlich sind jegliche anderweitige Geometrien wie beispielsweise Zylinder, Kegel, Freiform, etc. möglich.
Daimler AG
Bezugszeichenliste
Turbine
Turbinengehäuse
Flut
Flut
Wandung
Überströmöffnung
Ventilelement
Ventilkörper
Hebelelement
Verbindungselement erste Seite
erste Hohlkammer zweite Seite
zweite Hohlkammer zweite Hohlkammer
Durchgangsöffnung
Boden
Wandung
Oberflächenbereich
Steg
Spitze

Claims

Daimler AG Patentansprüche
1. Ventilelement (22) für eine Turbine (10) eines Abgasturboladers, mit einem
Ventilkörper (24), mittels welchem eine Menge eines einen Umgehungskanal der Turbine (10) durchströmenden Abgases einstellbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ventilkörper (24) auf einer ersten Seite (30) wenigstens eine erste Hohlkammer (32) und auf einer der ersten Seite (30) abgewandten zweiten Seite (34) wenigstens eine zweite Hohlkammer (36, 38) aufweist.
2. Ventilelement (22) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine der Hohlkammer (32, 36, 38) über wenigstens eine
Durchgangsöffnung (40) in die Umgebung des Ventilkörpers (24) mündet.
3. Ventilelement (22) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der ersten Seite (30) mit dem Ventilkörper (24) ein Verbindungselement (28) verbunden ist, mittels welchem das Ventilelement (22) mit einem
Betätigungselement (26) zum Bewegen des Ventilelements (22) verbindbar ist.
4. Ventilelement (22) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die auf der zweiten Seite (34) angeordnete Hohlkammer (36, 38) gegenüber wenigstens einem sich an die auf der zweiten Seite (34) angeordnete Hohlkammer (36, 38) anschließenden Oberflächenbereich (46) des Ventilkörpers (24) eine Ausnehmung bildet, wobei der Ventilkörper (24) auf der zweiten Seite (34) wenigstens einen Steg (48) aufweist, welcher von dem Oberflächenbereich (46) absteht.
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