WO2016162106A1 - Regelvorrichtung für einen abgasführungsabschnitt eines abgasturboladers - Google Patents

Regelvorrichtung für einen abgasführungsabschnitt eines abgasturboladers Download PDF

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Jason WALKINGSHAW
Tobias Scheuermann
Georgios IOSIFIDIS
Manfred GUTHÖRLE
Hans-Peter Oehl
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IHI Charging Systems International GmbH
Original Assignee
IHI Charging Systems International GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a control device for an exhaust gas guide portion of an exhaust gas turbocharger specified in the preamble of claim 1.
  • the published patent application DE 10 2010 008 411 A1 discloses a control device for an exhaust gas guide section of an exhaust gas turbocharger.
  • the regulating device is for opening and closing a bypass channel in the flow-through
  • Exhaust gas guide section provided 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. Furthermore, the control device serves to separate or connect a first flow of the exhaust gas guide section with a second flow of the exhaust gas guide section.
  • a locking member of the control device has a longitudinal axis along which it is movable, on.
  • a flow connection or blocking the floods and the bypass channel can be brought about with the aid of the spring-loaded locking member, wherein the locking member has a first plate and a second plate, which block or release the floods and the bypass channel depending on the flow line.
  • a control device for an exhaust gas guide section of an exhaust gas turbocharger is for the flow line of a fluid which the
  • Exhaust passage portion flows through, designed. It serves for the flow line or flow guidance of the fluid in a bypass channel which is formed in the flow-through exhaust gas guide section and which serves to bypass a valve
  • An exhaust gas guide portion in a wheel chamber of the exhaust gas guide portion rotatably arranged turbine wheel of the exhaust gas guide portion and the flow line of the fluid in a first flow of the exhaust gas guide portion and in a second flow of the exhaust gas guide portion.
  • the control device has a locking member and a
  • Locking member receiving valve housing with the aid of communication openings of the valve housing to the flow line can be completely or at least partially blocked or released.
  • the locking member is in the valve housing a
  • the locking member is in the form of a slider, and has a first locking member surface and a second locking member surface. It serves the first locking member surface blocking the flow through the communication opening and the second
  • the advantage of the shape of the locking member is the fact that the locking member is easy to manufacture. Since only a translational movement to position the locking member is necessary, the risk of jamming of the locking member due to leverage forces that could occur on the locking member, if this example. Is designed in the form of a flap, as they usually occur in wastegate valves, essential reduced.
  • control device according to the invention due to its surface seal on a good sealing effect.
  • Another advantage is a faster and safer adjustment of the locking member, so that in particular in an operation of an internal combustion engine, which a
  • the locking member is advantageously designed in the form of a cylinder.
  • the locking member is hollow, whereby can be reduced to rotate the actuator necessary movement forces compared to a solid trained actuator. Furthermore, there is the possibility of reducing deformations which can occur due to the high exhaust gas temperatures. In particular, can be influenced by the formation of a variable wall thickness of the locking member on the deformation. That is, it can, for example, extremely temperature-stressed areas of the locking member with a higher
  • the locking member has a movement device whose force is applied to the movement of the locking member on the locking member in the direction of its longitudinal axis at this attacking.
  • the advantage is a tilt-free movement of the locking member to secure the adjustment.
  • the locking member For receiving power, the locking member has a coaxially formed with the longitudinal axis receiving opening. In this receiving opening can be received in the axial direction along the longitudinal axis and extending along this moving actuator, whereby its direction of movement is transmitted to the locking member. Due to the fact that the direction of movement is formed coaxially with the longitudinal axis of the locking member and its direction of movement, tilting moments can occur Clamp the locking member would cause to be avoided.
  • the blocking member is formed of a ceramic material.
  • Temperature gradients may have, with very high absolute temperatures in the range of about 1000 ° C usually occur.
  • Ceramic material is a particularly temperature-resistant material, so that components made of this material are resistant to high temperatures.
  • the control device according to the invention which is made of ceramic material, is particularly reliable.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an internal combustion engine with a
  • Fig. 2 is a perspective view of a locking member of
  • FIG. 3 is a further perspective view of the locking member with a view of a second locking member surface
  • FIG. 4 shows in a longitudinal section the control device with the locking member in a first position
  • Fig. 5 in a longitudinal section, the control device with the locking member in a second position
  • Fig. 6 in a longitudinal section, the control device with the locking member in a third position.
  • Gasoline engine is executed, has an exhaust tract 2. In operation, the sucks
  • the exhaust tract 2 comprises a first exhaust manifold 3 connected to the internal combustion engine 1 and a second exhaust manifold 4 likewise connected to the internal combustion engine 1, wherein a first exhaust pipe 5 is assigned to the first exhaust manifold 3 and a second exhaust pipe 6 to the second exhaust manifold 4.
  • An exhaust gas turbocharger 7 is positioned at an end of the first exhaust gas line 5 facing away from the engine 1 and at an end of the second exhaust gas line 6, which has a housing 8, which can flow through an exhaust gas guide section 9
  • Air guide section 10 in the fresh air line 32 and the exhaust gas guide section 9 are arranged in the exhaust tract 2.
  • the bearing portion 11 is between the
  • Air guide portion 10 and the exhaust gas guide portion 9 is positioned.
  • the exhaust gas turbocharger 7 has, in addition to the housing 8, a power tool 12, which comprises a compressor wheel 13 for sucking and compressing combustion air, a turbine wheel 14 for expanding exhaust gas, and a shaft 15 rotationally fixedly connecting the compressor wheel 13 to the turbine wheel 14 with a first axis of rotation 16 ,
  • the compressor wheel 13 is in the air guide section 10
  • the turbine wheel 14 is in the exhaust gas guide section 9
  • the shaft 15 is rotatably mounted in the bearing section 11.
  • Exhaust gas guide section 9 formed in two columns, wherein the first exhaust pipe 5 is connected to a first flow 17 of the exhaust gas guide section 9 and the second exhaust pipe 6 with a second flow 18 of the exhaust gas guide section 9.
  • Flood 17 is carried by the second flood 18 separated by a non-illustrated housing-fixed flood separation wall in the exhaust gas guide section 9.
  • the exhaust gas guide section 9 additionally has a variable
  • the exhaust tract 2 upstream of the turbine wheel 14 is an adjustable control device
  • the control device 19 is a first channel as a connection to the first exhaust pipe 5
  • a connection of the control device 19 with the second exhaust pipe 6 is formed as a second channel 21 branching off from the second exhaust pipe 6 upstream of the turbine wheel 14. Furthermore, the control device 19 has a connection in the form of a bypass channel 22, hereinafter referred to as the third channel, which downstream of the turbine wheel 14 in the first exhaust pipe fifth
  • the exhaust gas is diverted from the first channel 20 into the second channel 21 with the aid of the control device 19.
  • the exhaust gas from the first channel 20 and the second channel 21 is guided into the third channel 22 with the aid of the regulating device 19.
  • the control device 19 can be integrated in the exhaust tract 2 at different locations.
  • the control device 19 is integrated into the exhaust gas guide section 9, so that upstream of the turbine 14 exhaust gas from the first flood 17 diverted or blown into the second flood 18 and / or exhaust gas from the two floods 17, 18 on
  • Turbine 14 can be blown over. Positive flow effects, which occur due to the circulation and / or blow-off, due to the short
  • the control device 19 comprises a locking member 24, s. Figures 2 and 3, and a
  • the locking member 24 is formed as a slide, which has the shape of a cylinder, and is displaceable by means of a not shown moving device or actuator for moving the slider 24, along a longitudinal axis 26 of the valve housing 25.
  • the slider 24 is hollow. It has a first locking member surface 33 in the form of its lateral surface and a second locking member surface 34, which are formed transversely, in particular normal to the longitudinal axis 26.
  • the slide 24 has two grooves 35, into which for forming a seal of the individual communication openings 29, 30, 31 each have a sealing element 36
  • the valve housing 25 is formed as a body housing and has a corresponding to the locking member 24 cylindrically shaped recess 27 having a receiving opening 28, wherein the recess 27, the slider 24 is designed to be axially movable receiving.
  • the locking member 24 has a receiving opening 37 which is coaxial with the
  • Longitudinal axis 26 is formed. In this receiving opening 37 is preferably in the direction of the longitudinal axis 26 and thus in the direction of movement of the actuator 24 moving not shown actuator inserted.
  • a first communication opening 29 is formed, which is formed as a connection between the locking member 24 facing the end of the first channel 20 and the recess 27.
  • a second communication opening 30 of the valve housing 25 is disposed adjacent to the first communication opening 29 and is formed as a connection between a locking member 24 facing the end of the second channel 21 and the recess 27.
  • a third communication port 31 of the Valve housing 25 is disposed adjacent to the first communication opening 29 and is formed as a connection between a locking member 24 facing the end of the third channel 22 and the recess 27.
  • the control device 19 is adjustable for three operating modes. In a first
  • Turbine 14 can flow. Although the first communication port 29 is not closed by the locking member 24, but no Umblasung between the
  • FIG. 5 shows a positioning of the blocking member 24 in this operating mode, wherein the first communication opening 29 and the second communication opening 30 are opened, and exhaust gas from the first exhaust pipe 5 via the first channel 20 through the first communication opening 29 into the second exhaust pipe 6 via the second
  • Communication port 30 can flow and vice versa. According to one
  • Displacement of the locking member 24, the first communication opening 29 and the second communication opening 30 are partially and / or fully opened.
  • the simultaneous blowing and blowing the exhaust gas flows from the first exhaust pipe 5 into the second exhaust pipe 6 or vice versa,
  • the position of the blocking member 24 is, as shown in Fig. 6, adjusted so that the first communication port 29, the second communication port 30 and the third communication port 31 are opened, so that exhaust gas in the channels 20, 21, 22 formed pressure ratios can flow.
  • the communication openings 29, 30, 31 are more or less widely opened, whereby a fine regulation of the transition from one operating mode to the other
  • valve housing 25 is formed integrally with the exhaust gas guide section 9.
  • the locking member 24 is formed of a ceramic material.
  • the valve housing 25 is also made of a ceramic material.
  • the locking member 24 is rotatable about an axis of rotation which corresponds to the longitudinal axis 26. This can be a 29 trench reduced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers, wobei die Regelvorrichtung (19) zur Strömungsleitung eines Fluids in einen im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt (9) ausgebildeten Umgehungskanal (22) zur Umgehung eines im Abgasführungsabschnitt (9) in einer Radkammer des Abgasführungsabschnitts (9) drehbar angeordneten Turbinenrades (14) des Abgasführungsabschnitts (9) sowie zur Strömungsleitung des Fluids in eine erste Flut (17) des Abgasführungsabschnitts (9) und in eine zweite Flut (18) des Abgasführungsabschnitts (9) ausgebildet ist, und wobei die Regelvorrichtung (19) ein Sperrglied (24) und ein das Sperrglied (24) aufnehmendes Ventilgehäuse (25) aufweist, mit dessen Hilfe Kommunikationsöffnungen (29, 30, 31) des Ventilgehäuses (25) zur Strömungsleitung vollständig oder zumindest teilweise gesperrt oder freigegeben werden können, und wobei das Sperrglied (24) im Ventilgehäuse (25) eine translatorische Bewegung entlang einer Längsachse (26) des Ventilgehäuses (25) ausführbar ausgebildet ist.

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 Offenlegungsschrift DE 10 2010 008 411 A1 geht eine Regelvorrichtung für einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers 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. Des Weiteren dient die Regelvorrichtung einer Trennung oder Verbindung einer ersten Flut des Abgasführungsabschnitts mit einer zweiten Flut des Abgasführungsabschnitts. Ein Sperrglied der Regelvorrichtung weist eine Längsachse, entlang derer es bewegbar ist, auf. Mit Hilfe einer translatorischen
Bewegung entlang der Längsachse werden Einströmquerschnitte der Fluten und des Umgehungskanals vollständig oder teilweise geschlossen oder geöffnet.
Mit Hilfe einer derartigen Regelvorrichtung ist es möglich in bestimmten Betriebspunkten des Abgasturboladers, insbesondere bei Betriebspunkten aufweisend große
Strömungsmengen, das Turbinenrad vollständig oder teilweise zu umgehen, und das Turbinenrad durch Schließen oder Verbinden der Fluten strömungsgünstig zu
beaufschlagen, so dass ein effizienterer Betrieb des Abgasturboladers ermöglicht ist.
Eine Strömungsverbindung bzw. -Sperrung der Fluten und des Umgehungskanals ist mit Hilfe des federbelasteten Sperrglieds herbeiführbar, wobei das Sperrglied einen ersten Teller und einen zweiten Teller aufweist, welche je nach Strömungsleitung die Fluten und den Umgehungskanal sperren oder freigeben.
Somit ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine kostengünstige
Regelvorrichtung für einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers
bereitzustellen. 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.
Eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung für einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers ist zur Strömungsleitung eines Fluids, welches den
Abgasführungsabschnitt durchströmt, ausgestaltet. Sie dient der Strömungsleitung bzw. Strömungsführung des Fluids in einem im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt ausgebildeten Umgehungskanal, welcher zur Umgehung eines im
Abgasführungsabschnitt in einer Radkammer des Abgasführungsabschnitts drehbar angeordneten Turbinenrades des Abgasführungsabschnitts sowie der Strömungsleitung des Fluids in eine erste Flut des Abgasführungsabschnitts und in eine zweite Flut des Abgasführungsabschnitts. Die Regelvorrichtung weist ein Sperrglied und ein das
Sperrglied aufnehmendes Ventilgehäuse auf, mit dessen Hilfe Kommunikationsöffnungen des Ventilgehäuses zur Strömungsleitung vollständig oder zumindest teilweise gesperrt oder freigegeben werden können. Das Sperrglied ist im Ventilgehäuse eine
translatorische Bewegung entlang einer Längsachse des Ventilgehäuses ausführbar ausgebildet. Das Sperrglied ist in Form eines Schiebers ausgebildet, und weist eine erste Sperrgliedfläche und eine zweite Sperrgliedfläche auf. Es dient die erste Sperrgliedfläche einer Sperrung der Durchströmung der Kommunikationsöffnung und die zweite
Sperrgliedfläche einer Sperrung der Durchströmung ausgehend von einer der
Kommunikationsöffnungen in eine der anderen Kommunikationsöffnungen.
Der Vorteil der Form des Sperrglieds ist darin zu sehen, dass das Sperrglied einfach herzustellen ist. Da lediglich eine translatorische Bewegung zur Positionierung des Sperrgliedes notwendig ist, ist die Gefahr eines Verklemmens des Sperrgliedes aufgrund von Hebelkräften, welche am Sperrglied auftreten könnten, sofern dieses bspw. in Form einer Klappe ausgestaltet ist, wie sie üblicherweise bei Wastegate-Ventilen auftreten, wesentlich reduziert.
Des Weiteren ist eine Neigung zur Geräuschentwicklung wie bspw. Klappern oder Rasseln, welches bei üblichen Wastegate-Ventilen auftreten kann ebenfalls reduziert. Auch weist die erfindungsgemäße Regelvorrichtung aufgrund ihrer Flächendichtung eine gute Dichtwirkung auf.
Ein weiterer Vorteil ist eine schnellere und sichere Einstellung des Sperrgliedes, so dass insbesondere in einem Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine, welche einen
Abgasturbolader mit einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 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 ist das Sperrglied vorteilhaft in Form eines Zylinders ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Sperrglied hohl ausgebildet, wodurch sich zur Rotation des Stellgliedes notwendige Bewegungskräfte im Vergleich zu einem massiv ausgebildeten Stellglied reduzieren lassen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit Deformationen, welche aufgrund der hohen Abgastemperaturen auftreten können, zu reduzieren. Insbesondere kann mit der Ausbildung einer variablen Wandstärke des Sperrgliedes auf die Deformation Einfluss genommen werden. Das heißt, es können bspw. extrem temperaturbelastete Bereiche des Sperrgliedes mit einer höheren
Wandstärke und/oder mit einer besonderen Formgebung versehen werden als weniger temperaturbelastete Bereiche.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung weist das Sperrglied eine Bewegungsvorrichtung auf, deren Krafteinleitung zur Bewegung des Sperrglieds auf das Sperrglied in Richtung seiner Längsachse an dieser angreifend erfolgt. Der Vorteil ist eine kippfreie Bewegung des Sperrgliedes zur Sicherung der Verstellung.
Zur Kraftaufnahme weist das Sperrglied eine koaxial mit der Längsachse ausgebildete Aufnahmeöffnung auf. In dieser Aufnahmeöffnung kann ein sich in axialer Richtung entlang der Längsachse erstreckender und sich entlang dieser bewegender Aktuator aufgenommen werden, wodurch seine Bewegungsrichtung auf das Sperrglied übertragen wird. Dadurch dass die Bewegungsrichtung koaxial mit der Längsachse des Sperrgliedes und dessen Bewegungsrichtung ausgebildet ist, können Kippmomente, die ein Verklemmen des Sperrgliedes bewirken würden, vermieden werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Sperrglied aus einem keramischen Material ausgebildet. Die Regelvorrichtung und insbesondere das Sperrglied sind im Betrieb Temperaturschwankungen ausgesetzt, welche einen hohen
Temperaturgradienten aufweisen können, 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. 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. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist es möglich, dass die Elemente nicht in allen Figuren mit ihrem Bezugszeichen versehen sind, ohne jedoch ihre Zuordnung zu verlieren. Dabei zeigen:
Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine Brennkraftmaschine mit einem
Abgasturbolader aufweisend die erfindungsgemäße Regelvorrichtung,
Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung ein Sperrglied der
erfindungsgemäßen Regelvorrichtung
Fig. 3 in einer weiteren perspektivischen Darstellung das Sperrglied mit Blick auf eine zweite Sperrgliedfläche,
Fig. 4 in einem Längsschnitt die Regelvorrichtung mit dem Sperrglied in einer ersten Position, Fig. 5 in einem Längsschnitt die Regelvorrichtung mit dem Sperrglied in einer zweiten Position, und
Fig. 6 in einem Längsschnitt die Regelvorrichtung mit dem Sperrglied in einer dritten Position.
Die in Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine 1 , welche als Dieselmotor oder als
Ottomotor ausgeführt ist, weist einen Abgastrakt 2 auf. Im Betrieb saugt die
Brennkraftmaschine 1 über einen Frischluftstrang 32 Verbrennungsluft an, die nach einer unter Zufuhr von Kraftstoff erfolgten Verbrennung in der Brennkraftmaschine 1 als Abgas über den Abgastrakt 2 abgeführt wird.
Der Abgastrakt 2 umfasst einen mit der Brennkraftmaschine 1 verbundenen ersten Abgaskrümmer 3 und einen ebenfalls mit der Brennkraftmaschine 1 verbundenen zweiten Abgaskrümmer 4, wobei dem ersten Abgaskrümmer 3 eine erste Abgasleitung 5 und dem zweiten Abgaskrümmer 4 eine zweite Abgasleitung 6 zugeordnet ist.
An einem von der Brennkraftmaschine 1 abgewandten Ende der ersten Abgasleitung 5 und an einem von der Brennkraftmaschine 1 angewandt ausgebildeten Ende der zweiten Abgasleitung 6 ist ein Abgasturbolader 7 positioniert, welcher ein Gehäuse 8 aufweist, das einen durchströmbaren Abgasführungsabschnitt 9, einen durchströmbaren
Luftführungsabschnitt 10 und einen Lagerabschnitt 1 1 umfasst, wobei der
Luftführungsabschnitt 10 im Frischluftstrang 32 und der Abgasführungsabschnitt 9 im Abgastrakt 2 angeordnet sind. Der Lagerabschnitt 11 ist zwischen dem
Luftführungsabschnitt 10 und dem Abgasführungsabschnitt 9 positioniert.
Der Abgasturbolader 7 weist zusätzlich zum Gehäuse 8 ein Laufzeug 12 auf, welches ein Verdichterrad 13 zum Ansaugen und Verdichten von Verbrennungsluft, ein Turbinenrad 14 zur Expansion von Abgas und eine das Verdichterrad 13 mit dem Turbinenrad 14 drehfest verbindende Welle 15 mit einer ersten Drehachse 16 umfasst. Das Verdichterrad 13 ist im Luftführungsabschnitt 10, das Turbinenrad 14 ist im Abgasführungsabschnitt 9 und die Welle 15 ist im Lagerabschnitt 11 drehbar gelagert.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird das Turbinenrad 14 als Folge einer
Beaufschlagung durch das Abgas der Brennkraftmaschine 1 in eine Rotationsbewegung versetzt, wobei mit Hilfe der Welle 15 das Verdichterrad 13 ebenfalls in Rotation versetzt wird, so dass es Frischluft bzw. Verbrennungsluft ansaugt und verdichtet.
Zur Verbesserung des Betriebsverhaltens des Abgasturboladers 7, insbesondere bei niedrigen Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine 1 , ist der
Abgasführungsabschnitt 9 zweiflutig ausgebildet, wobei die erste Abgasleitung 5 mit einer ersten Flut 17 des Abgasführungsabschnitts 9 und die zweite Abgasleitung 6 mit einer zweiten Flut 18 des Abgasführungsabschnitts 9 verbunden ist. Die erste
Flut 17 ist von der zweiten Flut 18 durch eine nicht näher dargestellte gehäusefeste Flutentrennwand im Abgasführungsabschnitt 9 abgetrennt ausgeführt.
In einer Variante weist der Abgasführungsabschnitt 9 zusätzlich eine variable
Turbinengeometrie zur weiteren Verbesserung des Betriebsverhaltens auf.
Dem Abgastrakt 2 ist stromauf des Turbinenrades 14 eine verstellbare Regelvorrichtung
19 zugeordnet, mit deren Hilfe ein Aufstauen von Abgas vor dem Turbinenrad 14 und/oder eine Anströmung des Turbinenrades 14 steuerbar ist.
Der Regelvorrichtung 19 ist als Verbindung mit der ersten Abgasleitung 5 ein erster Kanal
20 zugeordnet, welcher stromauf des Turbinenrades 14 von der ersten Abgasleitung 5 abzweigend ausgebildet ist. Eine Verbindung der Regelvorrichtung 19 mit der zweiten Abgasleitung 6 ist als ein stromauf des Turbinenrades 14 von der zweiten Abgasleitung 6 abzweigender zweiter Kanal 21 ausgebildet. Weiterhin weist die Regelvorrichtung 19 eine Verbindung in Form eines Umgehungskanals 22 auf, im Weiteren als dritter Kanal bezeichnet, welcher stromab des Turbinenrades 14 in die erste Abgasleitung 5
einmündet.
Zum Umblasen des Abgases von der ersten Abgasleitung 5 in die zweite Abgasleitung 6 wird mit Hilfe der Regelvorrichtung 19 das Abgas aus dem ersten Kanal 20 in den zweiten Kanal 21 umgeleitet. Zum Abblasen von Abgas am Turbinenrad 14 vorbei, wird mit Hilfe der Regelvorrichtung 19 das Abgas aus dem ersten Kanal 20 und dem zweiten Kanal 21 in den dritten Kanal 22 geführt.
Die Regelvorrichtung 19 ist im Abgastrakt 2 an unterschiedlichen Stellen integrierbar. Vorteilhafterweise ist die Regelvorrichtung 19 in den Abgasführungsabschnitt 9 integriert, so dass stromauf des Turbinenrades 14 Abgas aus der ersten Flut 17 in die zweite Flut 18 umgeleitet bzw. umgeblasen und/oder Abgas aus den beiden Fluten 17, 18 am
Turbinenrad 14 vorbei abgeblasen werden kann. Positive Strömungseffekte, welche aufgrund der Um- und/oder Abblasung auftreten, können aufgrund der kurzen
Strömungswege zum Turbinenrad 14 genutzt werden.
Die Regelvorrichtung 19 umfasst ein Sperrglied 24, s. Figuren 2 und 3, und ein
Ventilgehäuse 25. Das Sperrglied 24 ist als Schieber ausgebildet, welcher die Form eines Zylinders aufweist, und ist mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Bewegungsvorrichtung bzw. Aktuator zur Bewegung des Schiebers 24, entlang einer Längsachse 26 des Ventilgehäuses 25 verschiebbar. Der Schieber 24 ist hohl ausgebildet. Er weist eine erste Sperrgliedfläche 33 in Form seiner Mantelfläche und eine zweite Sperrgliedfläche 34 auf, welche quer, insbesondere normal zur Längsachse 26 ausgebildet sind.
Der Schieber 24 weist zwei Nuten 35 auf, in die zur Ausbildung einer Abdichtung der einzelnen Kommunikationsöffnungen 29, 30, 31 jeweils ein Dichtelement 36
aufgenommen ist.
Das Ventilgehäuse 25 ist als Körpergehäuse ausgebildet und weist eine korrespondierend zum Sperrglied 24 zylindrisch ausgestaltete Aussparung 27 mit einer Aufnahmeöffnung 28 auf, wobei die Aussparung 27 den Schieber 24 axial bewegbar aufnehmend ausgeführt ist.
Das Sperrglied 24 weist eine Aufnahmeöffnung 37 auf, welche koaxial mit der
Längsachse 26 ausgebildet ist. In diese Aufnahmeöffnung 37 ist bevorzugt ein sich in Richtung der Längsachse 26 und damit in der Bewegungsrichtung des Stellgliedes 24 bewegender nicht näher dargestellter Aktuator einführbar.
Im Ventilgehäuse 25 ist eine erste Kommunikationsöffnung 29 ausgebildet, welche als Verbindung zwischen einem dem Sperrglied 24 zugewandten Ende des ersten Kanals 20 und der Aussparung 27 ausgebildet ist. Eine zweite Kommunikationsöffnung 30 des Ventilgehäuses 25 ist neben der ersten Kommunikationsöffnung 29 angeordnet und ist als Verbindung zwischen einem dem Sperrglied 24 zugewandten Ende des zweiten Kanals 21 und der Aussparung 27 ausgebildet. Eine dritte Kommunikationsöffnung 31 des Ventilgehäuses 25 ist neben der ersten Kommunikationsöffnung 29 angeordnet und ist als Verbindung zwischen einem dem Sperrglied 24 zugewandten Ende des dritten Kanals 22 und der Aussparung 27 ausgebildet.
Die Regelvorrichtung 19 ist für drei Betriebsmodi einstellbar. In einem ersten
Betriebsmodus, s. Fig. 4, dem Normalbetrieb des Abgasturboladers 7, ist die zweite Kommunikationsöffnung 30 mit Hilfe der ersten Sperrgliedfläche 33 verschlossen, so dass das Abgas aus der ersten Abgasleitung 5 über die erste Flut 17 direkt auf das
Turbinenrad 14 strömen kann. Die erste Kommunikationsöffnung 29 ist zwar nicht vom Sperrglied 24 verschlossen, allerdings kann keine Umblasung zwischen den
Abgasleitungen 5, 6 bzw. Fluten 17, 18 stattfinden, da die zweite Kommunikationsöffnung 30 verschlossen ist und eine Kommunikation zwischen den Kommunikationsöffnungen 29, 30, 31 durch die zweite Sperrgliedfläche 34 verhindert ist.
In einem zweiten Betriebsmodus, dem Umblasen, wird das Turbinenrad 14 von Abgas aus beiden Fluten 17, 18 beaufschlagt, wobei stromauf des Turbinenrades 14 ein Teil des Abgases von der ersten Abgasleitung 5 in die zweite Abgasleitung 6 umgeleitet wird. Die Fig. 5 zeigt eine Positionierung des Sperrgliedes 24 in diesem Betriebsmodus, wobei die erste Kommunikationsöffnung 29 und die zweite Kommunikationsöffnung 30 geöffnet sind, und Abgas aus der ersten Abgasleitung 5 über den ersten Kanal 20 durch die erste Kommunikationsöffnung 29 in die zweite Abgasleitung 6 über die zweite
Kommunikationsöffnung 30 strömen kann und vice versa. Entsprechend einer
Verschiebung des Sperrgliedes 24 sind die erste Kommunikationsöffnung 29 und die zweite Kommunikationsöffnung 30 teilweise und/oder vollständig geöffnet.
In einem dritten Betriebsmodus, dem gleichzeitigen Um- und Abblasen, strömt das Abgas aus der ersten Abgasleitung 5 in die zweite Abgasleitung 6 bzw. vice versa,
während gleichzeitig Abgas über die dritte Kommunikationsöffnung 31 in den dritten Kanal 22 strömen kann. Die Position des Sperrgliedes 24 ist dabei, wie in Fig. 6 dargestellt, so eingestellt, dass die erste Kommunikationsöffnung 29, die zweite Kommunikationsöffnung 30 und die dritte Kommunikationsöffnung 31 geöffnet sind, so dass Abgas gemäß in den Kanälen 20, 21 , 22 ausgebildeten Druckverhältnissen strömen kann. Je nach Positionierung des Sperrgliedes 24 in den einzelnen Betriebsmodi sind die Kommunikationsöffnungen 29, 30, 31 mehr oder weniger weit geöffnet, wodurch eine feine Regulierung des Übergangs von einem Betriebsmodus in den anderen
ermöglicht wird. Dadurch ist ein sprungfreier Betrieb des Abgasturboladers 7, welcher sich durch einen sprunghaften Abfall oder durch einen sprunghaften Anstieg einer Drehzahl des Abgasturboladers 7 äußert, beim Wechsel der Beaufschlagung des Turbinenrades 14 mit Abgas in Abhängigkeit von Lasten und Drehzahlen der Brennkraftmaschine 1 realisierbar.
In einer nicht näher dargestellten Variante der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 19 ist das Ventilgehäuse 25 einstückig mit dem Abgasführungsabschnitt 9 ausgebildet.
In einer weiteren nicht näher dargestellten Variante ist das Sperrglied 24 aus einem keramischen Werkstoff ausgebildet. Bevorzugt ist das Ventilgehäuse 25 ebenfalls aus einem keramischen Werkstoff hergestellt.
In einer weiteren nicht näher dargestellten Variante ist das Sperrglied 24 verdrehbar um eine Rotationsachse, welche der Längsachse 26 entspricht. Hierdurch kann ein Verscheiß reduziert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Regelvorrichtung für einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers, wobei die Regelvorrichtung (19) zur Strömungsleitung eines Fluids in einen im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt (9) ausgebildeten Umgehungskanal (22) zur Umgehung eines im Abgasführungsabschnitt (9) in einer Radkammer des Abgasführungsabschnitts (9) drehbar angeordneten Turbinenrades (14) des Abgasführungsabschnitts (9) sowie zur Strömungsleitung des Fluids in eine erste Flut (17) des Abgasführungsabschnitts (9) und in eine zweite Flut (18) des Abgasführungsabschnitts (9) ausgebildet ist, und wobei die Regelvorrichtung (19) ein Sperrglied (24) und ein das Sperrglied (24) aufnehmendes Ventilgehäuse (25) aufweist, mit dessen Hilfe Kommunikationsöffnungen (29, 30, 31 ) des Ventilgehäuses (25) zur Strömungsleitung vollständig oder zumindest teilweise gesperrt oder freigegeben werden können, und wobei das Sperrglied (24) im Ventilgehäuse (25) eine translatorische Bewegung entlang einer Längsachse (26) des Ventilgehäuses (25) ausführbar ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sperrglied (24) in Form eines Schiebers ausgebildet ist, und eine erste
Sperrgliedfläche (33) und eine zweite Sperrgliedfläche (34) aufweist, wobei die erste Sperrgliedfläche (33) einer Sperrung der Durchströmung der Kommunikationsöffnung (29; 30; 31 ) und die zweite Sperrgliedfläche (34) einer Sperrung der Durchströmung ausgehend von einer der Kommunikationsöffnungen (29; 30; 31 ) in eine der anderen Kommunikationsöffnungen (30; 31 ; 29) dient, und wobei mit Hilfe des Sperrglieds (24) eine Kommunikation zwischen den Kommunikationsöffnungen (30, 31, 29) verhinderbar ist.
2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sperrglied (24) in Form eines Zylinders ausgebildet ist.
3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrglied (24) hohl ausgebildet ist.
4. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sperrglied (24) eine Bewegungsvorrichtung aufweist, deren Krafteinleitung zur Bewegung des Sperrglieds (24) auf das Sperrglied (24) in Richtung seiner Längsachse (26) an dieser angreifend erfolgt.
5. Regelvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sperrglied (24) zur Kraftaufnahme eine koaxial mit der Längsachse (26) ausgebildete Aufnahmeöffnung (37) aufweist.
6. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sperrglied (24) aus einem keramischen Material ausgebildet ist.
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