WO2017108162A1

WO2017108162A1 - Abgasführungsabschnitt für einen abgasturbolader und verfahren zum betreiben eines abgasturboladers

Info

Publication number: WO2017108162A1
Application number: PCT/EP2016/002051
Authority: WO
Inventors: Jason WALKINGSHAW; Tobias Scheuermann; Georgios IOSIFIDIS; Manfred GUTHÖRLE
Original assignee: IHI Charging Systems International GmbH
Current assignee: IHI Charging Systems International GmbH
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2017-06-29
Anticipated expiration: 2018-06-21
Also published as: DE102015122351B4; CN108368746A; DE102015122351A1; JP2018537615A; JP6814215B2; US10890084B2; CN108368746B; US20180328217A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasführungsabschnitt für einen Abgasturbolader, mit einem ersten Spiralkanal (4) und einem zweiten Spiralkanal (5) zur Anströmung eines im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt drehbar aufgenommenen Turbinenrades, wobei zwischen dem ersten Spiralkanal (4) und dem zweiten Spiralkanal (5) eine Durchströmöffnung (10) vorgesehen ist, welche zur Herbeiführung einer Überströmung von Abgas des ersten Spiralkanals (4) in den zweiten Spiralkanal (5) und vice versa ausgestaltet ist, und wobei die Durchströmöffnung (10) ein bewegbares Deckelement (9') zum Öffnen oder Schließen der Durchströmöffnung (10) aufweist. Erfindungsgemäß ist das Deckelement (9') einen ersten Strömungsquerschnitt (11) der Durchströmöffnung (10) degressiv freigebbar ausgebildet.

Description

Abgasführungsabschnitt für einen Abgasturbolader und Verfahren zum Betreiben eines

Abgasturboladers

Die Erfindung betrifft einen Abgasführungsabschnitt für einen Abgasturbolader der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers.

Abgasführungsabschnitte für Abgasturbolader, welche eine Regelvorrichtung zur Regelung eines den Abgasführungsabschnitt durchströmenden Fluids, im Allgemeinen Abgas, aufweisen, sind bekannt. 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. Sie weist ein Abdeckelement zum Öffnen und Schließen eines Strömungsquerschnitts des Umgehungskanals auf. Mit Hilfe einer derartigen Regelvorrichtung ist es möglich in bestimmten Betriebspunkten des Abgasturboladers, insbesondere in Betriebspunkten, welche große Strömungsmengen aufweisen, das Turbinenrad vollständig oder teilweise zu umgehen, so dass ein effizienter Betrieb des Abgasturboladers ermöglicht ist. Der effiziente Betrieb des Abgasturboladers ist abhängig von einer bestimmten

Öffnungscharakteristik der Regelvorrichtung, welche den Erfordernissen einer mit dem Abgasturbolader verbundenen Verbrennungskraftmaschine angepasst auszubilden ist.

So geht aus der Offenlegungsschrift DE 198 24 913 A1 ein Abgasführungsabschnitt für einen Abgasturbolader mit einer Regelvorrichtung hervor, deren Öffnungscharakteristik einen progressiven Verlauf aufweist. In Abhängigkeit eines Stellwegs eines

Abdeckelementes der Regelvorrichtung nimmt, ausgehend von einer Schließposition, mit Zunahme des Stellwegs ein Öffnungsquerschnitt eines Umgehungskanals des Abgasführungsabschnitts progressiv, insbesondere exponentiell zu. Es liegt somit eine progressive Öffnungscharakteristik vor, die für die beschriebene Anwendung geeignet ist.

Ebenso geht aus der Offenlegungsschrift WO 2010/039596 A2 ein

Abgasführungsabschnitt für einen Abgasturbolader mit einer Regelvorrichtung hervor, deren Abdeckelement eine progressive Öffnungscharakteristik ausgehend von einer Schließposition des Abdeckelementes aufweist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun einen verbesserten

Abgasführungsabschnitt für einen Abgasturbolader bereitzustellen. Die weitere Aufgabe ist es ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Abgasführungsabschnitt für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß weist ein Abgasführungsabschnitt für einen Abgasturbolader einen ersten Spiralkanal und einen zweiten Spiralkanal zur Anströmung eines im

durchströmbaren Abgasführungsabschnitt drehbar aufgenommenen Turbinenrades auf. Zwischen dem ersten Spiralkanal und dem zweiten Spiralkanal ist eine

Durchströmöffnung vorgesehen, welche zur Herbeiführung einer Überströmung von Abgas des ersten Spiralkanals in den zweiten Spiralkanal und vice versa ausgestaltet ist. Die Durchströmöffnung weist ein bewegbares Deckelement zum Öffnen oder Schließen der Durchströmöffnung auf. Das Deckelement ist einen ersten

Strömungsquerschnitt der Durchströmöffnung degressiv freigebbar ausgebildet. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass der erste Strömungsquerschnitt zur Herbeiführung eines Überströmens vom ersten Spiralkanal in den zweiten Spiralkanal ausgehend von einer Schließposition des Deckelementes degressiv geöffnet wird. Der Vorteil der degressiven Öffnung ist eine verbesserte Regelbarkeit des Abgasturboladers, womit ein verbessertes Ansprechverhalten des Abgasturboladers verbunden ist. Des Weiteren bietet die degressive Öffnung eine verbesserte Abstimmungsmöglichkeit mit weiteren möglichen zu öffnenden Strömungsquerschnitten bspw. einem Strömungsquerschnitt eines Umgehungskanals, auch Bypasskanal genannt.

Ein weiterer Vorteil der Möglichkeit eines Überströmens vom ersten Spiralkanal in den zweiten Spiralkanal mit Hilfe des Deckelementes ist die Bereitstellung des

Abgasführungsabschnitts, welcher den ersten Spiralkanal und den zweiten Spiralkanal als jeweils in Form eines üblichen Teilspiralkanals aufweist, derart, dass eine

Umschlingung des Spiralkanals um eine Längsachse des Abgasführungsabschnitts nur 180° aufweist, mit einer um 360° ausgebildeten Umschlingung. Somit kann ein kleinerer und kompakterer Abgasführungsabschnitt ausgebildet werden.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitts weist der Abgasführungsabschnitt ein Abdeckelement zum Öffnen und Schließen eines

Umgehungskanals des Abgasführungsabschnitts auf. Der Umgehungskanal ist im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt zur Umgehung des Turbinenrades

vorgesehen und weist einen zweiten Strömungsquerschnitt auf. Der Vorteil ist die Möglichkeit Abgas nicht ausschließlich von einem Spiralkanal in den anderen und umgekehrt zu führen, sondern es kann das Abgas insbesondere in mittleren und hohen Last- und Drehzahlbereichen einer mit dem Abgasturbolader mechanisch und

thermodynamisch verbundenen Verbrennungskraftmaschine an dem Turbinenrad vorbei geleitet werden. Dies führt zu einer weiteren Steigerung des im Betrieb des Abgasturboladers erzielbaren Wirkungsgrads.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitts ist das Abdeckelement ausgehend von einer Schließstellung in eine Zwischenposition den zweiten Strömungsquerschnitt degressiv freigebbar ausgebildet. Wie bereits beim Überströmen des Turbinenrades hat sich gezeigt, dass eine degressive Öffnung des zweiten Strömungsquerschnitts beim so genannten Umströmen bzw. Bypassieren für die Beaufschlagung des Turbinenrades vorteilhaft ist. Es ist nicht zwangsläufig notwendig, dass die Öffnung des zweiten Strömungsquerschnitts vollständig, somit ausgehend von der Schließposition in eine zweite Position, in der der zweite

Strömungsquerschnitt vollständig geöffnet ist, degressiv erfolgt. Dadurch ist der Vorteil einer verbesserten Regelbarkeit des ersten Strömungsquerschnitts und des zweiten Strömungsquerschnitts gegeben.

Ein wesentlicher Vorteil einer Kombination der degressiven Öffnung des ersten

Strömungsquerschnitts und des zweiten Strömungsquerschnitts ist darin zu sehen, dass im Betrieb mit der Verbrennungskraftmaschine eine Ventilöffnungsdauer eines Auslassventils der Verbrennungskraftmaschine vorteilhaft verlängert werden kann. Dadurch kann zum einen eine Ladungswechselphase der Verbrennungskraftmaschine zur verbesserten Spülung verlängert werden.

Bevorzugt ist das Deckelement bzw. das Abdeckelement mit Hilfe einer

Regelvorrichtung bewegbar. Auch könnte ein selbstregelndes Deckelement ausgebildet sein, welches sich mit Hilfe anliegender Drücke in den Spiralkanälen selbsttätig öffnet oder schließt. Allerdings ist eine mit Hilfe der Regelvorrichtung steuerbare Regelung des Deckelementes zu bevorzugen, da somit aktiv auf das Druckverhältnis am

Turbinenrad Einfluss genommen werden kann. Besonders bevorzugt entspricht die Regelvorrichtung des Deckelementes der Regelvorrichtung dem Abdeckelement. Somit lassen sich das Deckelement und das Abdeckelement mit einer einzigen

Regelvorrichtung bewegen, wodurch die Möglichkeit einer kompakten Bauweise des Abgasturboladers gegeben ist. Ein weiterer Vorteil ist eine kostengünstige Herstellung des Abgasturboladers aufgrund einer geringeren Anzahl an Bauteilen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung löst eine Bewegung des Abdeckelementes eine Bewegung des Deckelementes aus. Somit kann bei einer Bewegung des

Abdeckelementes gezielt auf die Öffnung des ersten Strömungsquerschnitts und des zweiten Strömungsquerschnitts Einfluss genommen werden. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die Bewegung des Deckelementes als Funktion von der Bewegung des Abdeckelementes darstellbar ist. Dies führt zu einer vereinfachten Regelung der beiden Strömungsquerschnitte, bspw. bei einer computergesteuerten Regelung der

Strömungsquerschnitte.

Zur weiteren kompakten Bauweise des Abgasturboladers entspricht das Deckelement dem Abdeckelement. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass mit einem einzigen Element sowohl der erste Strömungsquerschnitt als auch der zweite

Strömungsquerschnitt geöffnet und geschlossen werden kann. Dies führt neben einer kompakten Bauweise zu einer kostengünstigen Herstellung des Abgasturboladers, da eine Teileanzahl des Aggregats reduziert ist.

Zur Herbeiführung einer degressiven Öffnungscharakteristik weist das Abdeckelement und/oder das Deckelement bevorzugt eine topfformartige Außenkontur auf. Mit Hilfe einer derartigen Außenkontur ist auf einfache Weise die Möglichkeit einen relativ großen durch ström baren Strömungsquerschnitt bereits zu Beginn der Öffnung ausgehend von der Schließposition des Abdeckelementes und/oder des

Deckelementes freizugeben, welcher über einen bestimmten Stellweg des

Abdeckelements und/oder des Deckelements degressiv zunimmt, gegeben.

In einer weiteren Ausgestaltung weist das Abdeckelement und/oder das Deckelement entlang seiner Längsachse einen ersten Elementabschnitt und einen zweiten

Elementabschnitt auf, wobei zur Herbeiführung einer degressiven

Öffnungscharakteristik ein erster Neigungswinkel einer ersten Außenfläche des ersten Elementabschnitts größer ist als ein zweiter Neigungswinkel einer zweiten Außenfläche des zweiten Elementabschnitts, wobei der zweite Elementabschnitt einer zweiten Kanalwandung gegenüberliegend angeordnet ist. Mit Hilfe der beiden

Elementabschnitte lässt sich auf einfache Weise die degressive Öffnungscharakteristik herbeiführen. Das Abdeckelement und/oder das Deckelement lässt sich einfach herstellen. Zur Herbeiführung einer Abdichtung des ersten Strömungsquerschnitts bzw. des zweiten Strömungsquerschnitts in der Schließposition des Abdeckelements und/oder des Deckelements weist dieses eine Ringfläche auf, welche sich an einer

Kanalwandung des Abgasführungsabschnitts abstützend ausgebildet ist. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Ring des Deckelementes im Umströmkanal liegt. Dadurch lässt sich das Deckelement mit Hilfe der durch den Umgehungskanal strömenden Abgasmenge leichter öffnen.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitts sind das Abdeckelement und/oder das Deckelement an einem Hebelarm der

Regelvorrichtung aufgenommen, welcher um eine Rotationsachse verschwenkbar ist. Aufgrund der möglichen Rotationsbewegung sind relativ geringe Aktivierungskräfte zur Bewegung des entsprechenden Elements erforderlich.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitts ist das Deckelement den ersten Strömungsquerschnitt nach zumindest teilweise

geöffnetem zweiten Strömungsquerschnitt öffnend ausgebildet. Der Vorteil ist, dass ein Überströmen aus dem ersten Spiralkanal und dem zweiten Spiralkanal erst dann möglich ist, sofern bereits der Umgehungskanal geöffnet ist. Dadurch ist es möglich ein Klopfen der Verbrennungskraftmaschine aufgrund eines zu hohen Abgasgegendruckes am Turbinenrad zu vermeiden. Gleichzeitig wird ein mögliches Rückströmen von überströmendem Abgas in den Spiralkanal vermieden, dessen mit ihm

thermodynamisch verbundene Zylinder in einer Ansaug- und/oder Verbrennungsphase eines Kreisprozesses der Verbrennungskraftmaschine liegen. Mit anderen Worten, deren Auslassventil bzw. Auslassventile geschlossen sind, während die Auslassventile bzw. das Auslassventil der mit dem anderen Spiralkanal verbundenen Zylinder geöffnet sind.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Abdeckelement und/oder das Deckelement eine Wandung des Abgasführungsabschnitts zumindest teilweise aufnehmbar ausgebildet und/oder vice versa. Dadurch kann sichergestellt werden, dass in der Schließposition des Abdeckelementes kein Überströmen von einem Spiralkanal in den anderen erfolgt bzw. dass in der Schließposition des Deckelementes kein Abströmen in den

Umgehungskanal erfolgt. Des Weiteren kann insbesondere bei der Ausbildung des Deckelementes in Form des Abdeckelementes sichergestellt werden, dass bspw. der zweite Strömungsquerschnitt vor dem ersten Strömungsquerschnitt geöffnet wird, sofern dies ein entsprechender Betrieb der Verbrennungskraftmaschine erfordert.

Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines

Abgasturboladers mit einem durchströmbaren Abgasführungsabschnitt, wobei im Abgasführungsabschnitt ein Umgehungskanal zum Umgehen eines im

Abgasführungsabschnitt drehbar aufgenommenen Turbinenrads ausgebildet ist. Der Umgehungskanal weist einen zweiten Strömungsquerschnitt auf, welcher mit Hilfe eines Abdeckelementes zu öffnen und zu schließen ist. Der zweite

Strömungsquerschnitt wird ausgehend von einer Schließposition des

Abdeckelementes, in der der zweite Strömungsquerschnitt vollständig geschlossen ist, degressiv geöffnet.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere in Verbindung mit den Merkmalen der Unteransprüche 14 bis 17 ist es möglich einen besonders effizienten Betrieb des Abgasturboladers in Verbindung mit der Verbrennungskraftmaschine herbeizuführen. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt einen Betrieb der

Verbrennungskraftmaschine mit längeren Öffnungszeiten des Auslassventils der Verbrennungskraftmaschine. Dadurch kann ein Ladungswechsel der

Verbrennungskraftmaschine aufgrund einer möglichen Reduzierung eines

Abgasgegendruckes verbessert werden im Hinblick auf die Reduzierung einer so genannten Ausschiebearbeit. Aufgrund der Möglichkeit längere Öffnungszeiten des Auslassventils der Verbrennungskraftmaschine bei verbessertem Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine anzuwenden, kann eine Verbrauchs- und damit

emissionsreduzierte Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt werden. Des Weiteren ist eine Klopfneigung der Verbrennungskraftmaschine wesentlich reduziert. 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. Es zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht einen Schnitt entlang einer ersten

Schnittebene durch einen erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitt für einen Abgasturbolader,

Fig. 2 den Abgasführungsabschnitt gem. Fig. 1 mit der Regelvorrichtung in einer zweiten Position,

Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht einen Schnitt entlang einer zweiten

Schnittebene durch den erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitt gem. Fig. 1 mit der Regelvorrichtung in der ersten Position,

Fig. 4 den Abgasführungsabschnitt gem. Fig. 3 mit der Regelvorrichtung in einer zweiten Position,

Fig. 5 ein s-A-Diagramm einer Öffnungscharakteristik des erfindungsgemäßen Abgasturboladers,

Fig. 6 in einer perspektivischen Ansicht ein Abdeckelement des erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitts in einer ersten Variante, Fig. 7 in einer perspektivischen Ansicht das Abdeckelement des erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitts in einer zweiten Variante,

Fig. 8 in einer perspektivischen Ansicht das Abdeckelement des erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitts in einer dritten Variante,

Fig. 9 in einer perspektivischen Ansicht das Abdeckelement des erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitts in einer vierten Variante,

Fig. 10 in einer perspektivischen Ansicht das Abdeckelement des erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitts in einer fünften Variante, und

Fig. 11 in einer prinzipiellen Darstellung das Abdeckelement des erfindungsgemäßen Abgasführungsabschnitts.

Ein gemäß Fig. 1 ausgebildeter erfindungsgemäßer durchströmbarer

Abgasführungsabschnitt 1 eines Abgasturboladers 2, umfasst einen Eintrittskanal 3 zum Eintritt einer Fluidströmung in den Abgasführungsabschnitt 1 , im Allgemeinen Abgas einer Verbrennungskraftmaschine 7, einen ersten Spiralkanal 4 und einen zweiten Spiralkanal 5 stromab des Eintrittskanals 3 zur Konditionierung der Strömung und einen nicht näher dargestellten Austrittskanal stromab der Spiralkanäle 4, 5, über welchen das Abgas aus dem Abgasführungsabschnitt 1 gezielt entweichen kann. Zwischen den Spiralkanälen 4, 5 und dem Austrittskanal ist eine nicht näher dargestellte Radkammer ausgebildet, in welcher ein nicht näher dargestelltes

Turbinenrad drehbar aufgenommen ist.

Der Abgasführungsabschnitt 1 ist mit einem Abgaskrümmer 6 der

Verbrennungskraftmaschine 7 verbunden, so dass das Abgas der

Verbrennungskraftmaschine 7 über den Eintrittskanal 3 in die Spiralkanäle 4, 5 eintreten kann um das Turbinenrad zu beaufschlagen. Zur Anpassung eines Betriebsverhaltens des Abgasturboladers 2 an die Fluidströmung der Verbrennungskraftmaschine, und somit an die Verbrennungskraftmaschine, ist im Abgasführungsabschnitt 1 eine Regelvorrichtung 8 zur Trennung und zur Verbindung des ersten Spiralkanals 4 und des zweiten Spiralkanals 5 angeordnet. Zur Trennung und zur Verbindung der beiden Spiralkanäle 4, 5 ist ein Deckelement 9' der

Regelvorrichtung 8 in einer Durchströmöffnung 10, welche die beiden Spiralkanäle 4, 5 miteinander durchströmbar ausgebildet ist, angeordnet.

In einer ersten Position, der Schließposition des Deckelementes 9', wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, sind die beiden Spiralkanäle 4, 5 vollständig voneinander getrennt durchströmbar, wobei die Durchströmöffnung 10 mit Hilfe des Deckelementes 9' vollständig geschlossen ist. Das Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmt die beiden Spiralkanäle 4, 5, wobei ein erster Teil des Abgases den ersten Spiralkanal 4 und ein zweiter Teil des Abgases den zweiten Spiralkanal 5 durchströmt.

In einer zweiten Position des Deckelementes 9', wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, ist die Durchströmöffnung 10 vollständig geöffnet und Abgas kann aus dem ersten Spiralkanal 4 in den zweiten Spiralkanal 5 überströmen und vice versa. D. h., dass Abgas von dem einen Spiralkanal 4; 5 in den anderen Spiralkanal 5; 4 über die Durchströmöffnung 10, welche einen ersten Strömungsquerschnitt 11 aufweist, überströmen kann.

Das Deckelement 9' ist zwischen der ersten Position und der zweiten Position in weitere Zwischenpositionen zu positionieren, so dass der erste Strömungsquerschnitt 11 einem entsprechenden Bedarfsfall zur Erzielung eines gemäß der durchströmenden Abgasmenge bestmöglichen Wirkungsgrades des Abgasturboladers 2 anpassbar ist. Es hat sich herausgestellt, dass eine degressive Öffnung des ersten

Strömungsquerschnitts 11 ausgehend von der ersten Position, somit vom vollständig geschlossenen ersten Strömungsquerschnitt 11 ausgehend, in Richtung der zweiten Position, somit in Richtung eines vollständig geöffneten ersten Strömungsquerschnitts 11 , vorteilhaft ist. Mit anderen Worten ist das Deckelement 9' eine degressive Öffnung des ersten Strömungsquerschnitts 11 herbeiführend ausgebildet. Das bedeutet, dass die Regelvorrichtung 8 eine degressive Öffnungscharakteristik zur Öffnung des ersten Strömungsquerschnitts 11 aufweist.

Zur Herbeiführung der degressiven Öffnung des ersten Strömungsquerschnitts 11 ist das Deckelement 9' eine topfformartige Außenkontur 12 aufweisend ausgestaltet. Es weist eine Basisplatte 13 auf, welche an einer ersten Plattenfläche 14 einen

Elementkorpus 15 aufnimmt. An der Basisplatte 13 ist an einer vom Elementkorpus 15 abgewandt ausgebildeten zweiten Plattenfläche 16 eine Bewegungsvorrichtung 17 der Regelvorrichtung 8 fixiert.

Der Elementkorpus 15 weist einen Korpusgrundquerschnitt KQ auf, der kleiner ist als ein Plattenquerschnitt PQ der ersten Plattenfläche 14. Dadurch ist eine den

Elementkorpus 15 vollständig umfassende Ringfläche 18 ausgebildet. Diese Ringfläche 18 dient zum einen einer Abstützung des Deckelementes 9' an einer ersten

Kanalwandung 19 der Durchströmöffnung 10 und zum anderen dient sie als Dichtfläche zur Abdichtung der beiden Spiralkanäle 4, 5 in der ersten Position des Deckelementes 9'.

Der Elementkorpus 15 weist zur Erzielung der degressiven Öffnungscharakteristik zwei Elementabschnitte, einen ersten Elementabschnitt 20 und einen zweiten

Elementabschnitt 21 , auf, welche in Richtung einer Längsachse 22 des Elementkorpus 15 seriell angeordnet sind. Der erste Elementabschnitt 20 ist mit der Basisplatte 13 fest verbunden und zwischen dem zweiten Elementabschnitt 21 und der Basisplatte 13 angeordnet. Der zweite Elementabschnitt 21 ist mit dem ersten Elementabschnitt 20 ebenfalls fest verbunden. Der zweite Elementabschnitt 21 weist eine Deckfläche 23 des Deckelementes 9' auf, welche vom ersten Elementabschnitt 20 abgewandt ausgebildet ist.

Das Deckelement 9' in einer prinzipiellen Darstellung zeigt Fig. 11. Der erste

Elementabschnitt 20 und der zweite Elementabschnitt 21 weisen prinzipiell sich ausgehend von der Basisplatte 13 in Richtung der Deckfläche 23 in Richtung der Längsachse 22 geneigte Außenflächen 24, 25 auf. Ein erster Neigungswinkel a1 der ersten Außenfläche 24 des ersten Elementabschnitts 20 ist größer als ein zweiter Neigungswinkel a2 der zweiten Außenfläche 25 des zweiten Elementabschnitts 21.

In einer ersten Variante des Abdeckelements 9 bzw. des Deckelementes 9' gem. der Fig. 1 bis 4, 6, sind sowohl der Korpusgrundquerschnitt KQ als auch der

Plattenquerschnitt PQ oval ausgebildet. Der Elementkorpus 15 besitzt eine Nut 28 mit einer Breite BR, welche sich über seinen Umfang entlang der Querachse 26 über die Deckfläche 23 erstreckend ausgebildet ist. Zur gesicherten Abdichtung des ersten Spiralkanals 4 und des zweiten Spiralkanals 5 in der ersten Position weist eine der ersten Kanalwandung 19 gegenüberliegende zweite Kanalwandung 29 eine zur Nut komplementär ausgebildete Erhebung 30 auf.

In einer zweiten Variante gem. Fig. 7 ist die Deckfläche 23 des Deckelementes 9' eben ausgebildet. In einer dritten und vierten Variante gem. der Figuren 8 und 9 weist das Deckelement 9' einen kreisförmigen Querschnitt auf. In der dritten Variante ist der zweite Elementabschnitt 21 in Form eines Konus ausgebildet, wohingegen er in der vierten Variante kugelschichtformartig ausgebildet ist.

Die in Fig. 10 dargestellte fünfte Variante des Deckelementes 9' weist ebenfalls eine topfformartige Außenkontur 12 auf, wobei die Deckfläche 23 rechteckförmig

ausgebildet ist, wodurch die Außenkontur 12 des zweiten Elementabschnitts 21 im Bereich der Deckfläche 23 eine vom übrigen Bereich des zweiten Elementabschnitts 21 abweichende, größere Steigung aufweist.

Des Weiteren ist ein Umgehungskanal 31 im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt 1 zur Umgehung der Radkammer im Abgasführungsabschnitt 1 vorgesehen. Der Umgehungskanal 31 weist eine Eintrittsöffnung 32 mit einem zweiten

Strömungsquerschnitt 33 auf, wobei die Eintrittsöffnung 32 mit Hilfe der

Regel Vorrichtung 8, resp. dem Abdeckelement 9 vollständig oder teilweise

verschließbar ist bzw. vollständig oder teilweise geöffnet werden kann. Das Abdeckelement 9 der Regelvorrichtung 8, welches dem Deckelement 9' entspricht, ist im Umgehungskanal 31 , und somit im Abgasführungsabschnitt 1 , verdrehbar aufgenommen, wobei das Abdeckelement 9 um eine Rotationsachse 34 des

Abdeckelements 9 im Umgehungskanal 31 verschwenkbar und somit im

Abgasführungsabschnitt 1 gelagert ist. Das heißt mit anderen Worten, das

Abdeckelement 9 ist eine Schwenkbewegung im Abgasführungsabschnitt 1 ausführbar aufgenommen, wobei mit Hilfe der Schwenkbewegung der zweite

Strömungsquerschnitt 33 der Eintrittsöffnung 32 einstellbar ist.

Mit Hilfe des Abdeckelementes 9 ist über einen weiten Öffnungsbereich, s. Fig. 4, eine überwiegend degressive Öffnung des zweiten Strömungsquerschnitts 33 herbeiführbar. Somit kann bis zum vollständigen Öffnen des ersten Strömungsquerschnitts 11 eine nur geringe Abgasmenge über den zweiten Strömungsquerschnitt 33 in den

Umgehungskanal 31 abgeleitet werden. Bei vollständig geöffnetem ersten

Strömungsquerschnitt 11 ist auch der zweite Strömungsquerschnitt 33 vollständig geöffnet, so dass eine Überströmung vom ersten Spiralkanal 4 in den zweiten

Spiralkanal 5 und vice versa sowie gleichzeitig ein Abblasen von Abgas am

Turbinenrad vorbei erfolgen kann.

Zur Bewegbarkeit des Abdeckelementes 9 und somit der Regelvorrichtung 8 ist im Abgasführungsabschnitt 1 eine zylinderartig ausgebildete Öffnung 35 ausgestaltet, in welcher eine Welle 36 mit einer zweiten Längsachse 37 der Regelvorrichtung 8 rotierbar aufgenommen ist. Ein zwischen der Welle 36 und dem Abdeckelement 9 angeordneter Hebelarm 38 dient der Verbindung des Abdeckelementes 9 mit der Welle 36, so dass das Abdeckelement 9 durch ein Verdrehen der Welle 36 verschwenkt werden kann.

Fig. 5 zeigt ein s-A-Diagramm, wobei s ein normierter Verstellweg des

Abdeckelementes 9 bzw. des Deckelementes 9' und AF einen in Abhängigkeit des Verstellweges s normierten freien Strömungsquerschnitt der Strömungsquerschnitte 11 , 33 kennzeichnet. Der Verstellweg s ist eine Funktion eines Öffnungswinkels des Abdeckelementes 9 bzw. des Deckelementes 9', da das Deckelement 9' dem

Abdeckelement 9 entspricht. Der Öffnungswinkel mit einem Wert 0° entspricht der Schließposition des Abdeckelementes 9 bzw. des Deckelementes 9'.

Eine erste Linie A stellt den ersten Strömungsquerschnitt 11 über dem Verstellweg s des Deckelementes 9' gemäß dem Ausführungsbeispiel dar. Eine zweite Linie B stellt den freien zweiten Strömungsquerschnitt 33 dar, welche mit Hilfe des

Abdeckelementes 9 veränderbar ist. Eine dritte Linie C stellt in einer Variante die freie erste Strömungsfläche 11 dar. Die Linien A, B, C beschreiben in ihrem Verlauf eine Öffnungscharakteristik der Regelvorrichtung 8.

Gemäß der ersten Linie A sowie der dritten Linie C weist die Regelvorrichtung 8 eine degressive Öffnungscharakteristik bezüglich des ersten Strömungsquerschnitts 11 auf. Das heißt mit anderen Worten, dass der erste Strömungsquerschnitt 11 ausgehend von einer Schließposition des Deckelementes 9', in der der erste Strömungsquerschnitt 11 vollständig geschlossen ist, degressiv geöffnet wird.

Entsprechend dem Verlauf der Linie B weist die Regelvorrichtung 8 eine degressive Öffnungscharakteristik bezüglich des zweiten Strömungsquerschnitts 33 auf. Das heißt mit anderen Worten, dass auch der zweite Strömungsquerschnitt 33 ausgehend von einer Schließposition des Abdeckelementes 9, in der der zweite Strömungsquerschnitt 33 vollständig geschlossen ist, degressiv geöffnet wird.

In der Variante gemäß der Linie C wird der erste Strömungsquerschnitt 11 erst geöffnet, wenn der zweite Strömungsquerschnitt 33 bereits teilweise geöffnet ist.

Bevorzugt erfolgt die Öffnung des ersten Strömungsquerschnitts 11 bei einem

Öffnungswinkel von ca. 5° des Abdeckelementes 9. Besonders bevorzugt liegt der Öffnungswinkel in einem Intervall von 0° bis 3°. Zur Vermeidung eines Überströmens von Abgas aus dem ersten Spiralkanal 4 in den zweiten Spiralkanal 5 und vice versa bei einem Öffnen des ersten

Strömungsquerschnitts 11 gemäß der Linie A ist der erste Strömungsquerschnitt 11 bis zu einem Stellweg s1 des Abdeckelementes 9 kleiner als der zweite

Strömungsquerschnitt 33. Sofern der erste Strömungsquerschnitt 11 gemäß der Linie C geöffnet wird, ist der erste Strömungsquerschnitt 11 bis zu einem Stellweg s1 ' kleiner als der zweite Strömungsquerschnitt 33 auszubilden.

Claims

Patentansprüche

1. Abgasführungsabschnitt für einen Abgasturbolader, mit einem ersten Spiralkanal

(4) und einem zweiten Spiralkanal (5) zur Anströmung eines im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt drehbar aufgenommenen Turbinenrades, wobei zwischen dem ersten Spiralkanal (4) und dem zweiten Spiralkanal (5) eine Durchströmöffnung ( 0) vorgesehen ist, welche zur Herbeiführung einer

Überströmung von Abgas des ersten Spiralkanals (4) in den zweiten Spiralkanal

(5) und vice versa ausgestaltet ist, und wobei die Durchströmöffnung (10) ein bewegbares Deckelement (9') zum Öffnen oder Schließen der

Durchströmöffnung (10) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Deckelement (9') einen ersten Strömungsquerschnitt (11 ) der

Durchströmöffnung (10) degressiv freigebbar ausgebildet ist.

2. Abgasführungsabschnitt nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Abgasführungsabschnitt ein Abdeckelement (9) zum Öffnen und Schließen eines Umgehungskanals (31 ) des Abgasführungsabschnitts (1 ) aufweist, wobei der Umgehungskanal (31 ) im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt (1 ) zur Umgehung des Turbinenrades vorgesehen ist, und wobei der Umgehungskanal (31 ) einen zweiten Strömungsquerschnitt (33) aufweist.

3. Abgasführungsabschnitt nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

der zweite Strömungsquerschnitt (33) mit Hilfe des Abdeckelementes (9) zumindest ausgehend von einer Schließstellung in eine Zwischenstellung degressiv freigebbar ist.

4. Abgasführungsabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

zur Bewegung des Deckelementes (9') und/oder des Abdeckelementes (9) eine Regel Vorrichtung (8) im Abgasführungsabschnitt (1 ) ausgebildet ist.

5. Abgasführungsabschnitt nach einem der Ansprüche 2 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Bewegung des Deckelementes (9') eine Bewegung des Abdeckelementes (9) auslöst.

6. Abgasführungsabschnitt nach einem der Ansprüche 2 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Deckelement (9') dem Abdeckelement (9) entspricht.

7. Abgasführungsabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abdeckelement (9) und/oder das Deckelement (9') eine topfformartige Außenkontur (12) aufweist.

8. Abgasführungsabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abdeckelement (9) und/oder das Deckelement (9') entlang seiner

Längsachse (22) einen ersten Elementabschnitt (20) und einen zweiten

Elementabschnitt (21 ) aufweist, wobei zur Herbeiführung einer degressiven Öffnungscharakteristik ein erster Neigungswinkel (a1 ) einer ersten Außenfläche 24 des ersten Elementabschnitts (20) größer ist als ein zweiter Neigungswinkel (oc2) einer zweiten Außenfläche (25) des zweiten Elementabschnitts (21 ), wobei der zweite Elementabschnitt (21 ) einer zweiten Kanalwandung (29) gegenüberliegend angeordnet ist.

9. Abgasführungsabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abdeckelement (9) und/oder das Deckelement (9') eine Ringfläche (18) aufweist, welche sich an einer Kanalwandung (19) des Abgasführungsabschnitts (1 ) abstützend ausgebildet ist.

10. Abgasführungsabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abdeckelement (9) und/oder das Deckelement (9') an einem Hebelarm (38) der Regelvorrichtung (8, 8') aufgenommen ist, welcher um eine Rotationsachse (34) verschwenkbar ist.

11. Abgasführungsabschnitt nach einem der Ansprüche 2 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Deckelement (9') die Durchströmöffnung (10) nach zumindest teilweise geöffnetem zweiten Strömungsquerschnitt (33) öffnend ausgebildet ist.

12. Abgasführungsabschnitt nach Anspruch 11 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abdeckelement (9) und/oder das Deckelement (9') eine Wandung des Abgasführungsabschnitts (1 ) zumindest teilweise aufnehmbar ausgebildet ist und/oder vice versa.

13. Verfahren zum Betreiben eines Abgasturboladers, mit einem durchströmbaren Abgasführungsabschnitt (1 ) mit einem ersten Spiralkanal (4) und einem zweiten Spiralkanal (5) zur Anströmung eines im Abgasführungsabschnitt (1 ) drehbar aufgenommenen Turbinenrades, wobei zwischen dem ersten Spiralkanal (4) und dem zweiten Spiralkanal (5) eine Durchströmöffnung (10) vorgesehen ist, welche zur Herbeiführung einer Überströmung von Abgas des ersten Spiralkanals (4) in den zweiten Spiralkanal (5) und vice versa ausgestaltet ist, und wobei die Durchströmöffnung (10) ein bewegbares Deckelement (9') zum Öffnen oder Schließen der Durchströmöffnung (10) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein erster Strömungsquerschnitt (11 ) der Durchströmöffnung (10) ausgehend von einer Schließposition des Deckelementes (9') degressiv geöffnet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, dass

im Abgasführungsabschnitt (1 ) ein Umgehungskanal (31 ) zum Umgehen des Turbinenrades ausgebildet ist, und wobei der Umgehungskanal (31 ) einen zweiten Strömungsquerschnitt (33) aufweist, und wobei der zweite

Strömungsquerschnitt (33) mit Hilfe eines Abdeckelementes (9) ausgehend von einer Schließposition des Abdeckelementes (9) geöffnet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, dass

der zweite Strömungsquerschnitt (33) degressiv geöffnet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Strömungsquerschnitt (11) bis zu einem Stellweg (s1 , s1 ') des

Deckelementes (9') kleiner ist als der zweite Strömungsquerschnitt (33) des Umgehungskanals (31 ).

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Strömungsquerschnitt (11 ) nach dem zweiten Strömungsquerschnitt (33) geöffnet wird.