DE102015011256A1

DE102015011256A1 - Turbine für einen Abgasturbolader

Info

Publication number: DE102015011256A1
Application number: DE102015011256.2A
Authority: DE
Inventors: Florian Baumann; Nils Brinkert; Torsten Hirth; Wolfgang Rehm; Siegfried Weber
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2035-08-26
Also published as: DE102015011256B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbine für einen Abgasturbolader, mit einem von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Turbinengehäuse, mit einem in dem Turbinengehäuse drehbar aufgenommenen und von dem Abgas antreibbaren Turbinenrad, mit wenigstens einem Umgehungskanal, über welchen das Turbinenrad zumindest von einem Teil des Abgases zu umgehen ist, mit einem Ventilelement (10), welches zwischen einer den Umgehungskanal versperrenden Schließstellung und wenigstens einer den Umgehungskanal freigebenden Offenstellung relativ zu dem Turbinengehäuse bewegbar ist und wenigstens eine erste Dichtfläche (12) aufweist, welche zum Versperren des Umgehungskanals an wenigstens einer korrespondierenden zweiten Dichtfläche einer Wandung der Turbine anliegt, und mit einem Hebelelement (14), über welches das Ventilelement (10) bewegbar ist, wobei wenigstens eine Stelle (18, 24), an welcher das Ventilelement (10) in eine schräg oder senkrecht zur ersten Dichtfläche (12) verlaufende Richtung (20) an dem Hebelelement (14) abgestützt ist, bezogen auf eine Strömungsrichtung des in den Umgehungskanal einströmenden Abgases stromauf der ersten Dichtfläche (12) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbine für einen Abgasturbolader gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Eine solche Turbine für einen Abgasturbolader, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, ist beispielsweise bereits der DE 10 2013 002 894 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Turbine umfasst ein vom Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbares Turbinengehäuse sowie ein in dem Turbinengehäuse drehbar aufgenommenes und von dem Abgas antreibbares Turbinenrad. Die Turbine weist ferner wenigstens einen Umgehungskanal auf, über welchen das Turbinenrad zumindest von einem Teil des Abgases zu umgehen ist. Dies bedeutet, dass das den Umgehungskanal durchströmende Abgas das Turbinenrad umgeht und somit nicht antreibt. Üblicherweise wird der Umgehungskanal auch als Bypass-Kanal bezeichnet. Der Umgehungskanal wird üblicherweise dazu verwendet, einen vom Abgasturbolader bereitstellbaren Ladedruck einzustellen.
Die Turbine weist ferner ein Ventilelement auf, welches auch als Wastegate bezeichnet wird und zwischen einer den Umgehungskanal versperrenden Schließstellung und wenigstens eine den Umgehungskanal freigebenden Offenstellung relativ zu dem Turbinengehäuse bewegbar, insbesondere schwenkbar, ist. Dadurch ist der Ladedruck mittels des Ventilelements einstellbar. Das Ventilelement weist wenigstens eine erste Dichtfläche auf, welche zum Versperren des Umgehungskanals an wenigstens einer korrespondierenden zweiten Dichtfläche einer Wandung der Turbine anliegt. Beispielsweise weist der Umgehungskanal wenigstens eine Einströmöffnung auf, über welche zumindest ein Teil des Abgases in den Umgehungskanal einströmen kann. In der Schließstellung liegen Dichtflächen aneinander an, so dass mittels der Dichtflächen beziehungsweise mittels des Ventilelements die Einströmöffnung fluidisch versperrt ist und somit kein Abgas in den Umgehungskanal ein- und in den Umgehungskanal durchströmen kann. Ferner umfasst die Turbine ein Hebelelement, über welches das Ventilelement bewegbar, insbesondere verschwenkbar, ist.
Das Ventilelement wird üblicherweise auch als Wastegate bezeichnet und wird zur Funktionserfüllung üblicherweise massiv ausgestaltet. Das Hebelelement ist beispielsweise Teil eines Verstellmechanismus, mittels welchem das Ventilelement (Wastegate) bewegt wird. Insbesondere in der Schließstellung wirken auf das Ventilelement und über dieses auf den Verstellmechanismus üblicherweise hohe Belastungen, so dass die Realisierung einer hinreichenden Dauerhaltbarkeit des Verstellmechanismus und somit der Turbine insgesamt zur Herausforderung wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Turbine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders hohe Robustheit der Turbine realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Turbine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Turbine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders hohe Robustheit der Turbine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Stelle, an welcher das Ventilelement in eine schräg oder insbesondere senkrecht zur ersten Dichtfläche verlaufende Richtung an dem Hebelelement abgestützt ist, bezogen auf eine Strömungsrichtung des in den Umgehungskanal einströmenden Abgases stromauf der ersten Dichtfläche angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die erste Dichtfläche in einer gedachten Ebene angeordnet, wobei das Ventilelement in eine schräg oder insbesondere senkrecht zur ersten Dichtfläche und somit zu dieser Ebene verlaufende Richtung an dem Hebelelement an der Stelle abgestützt ist.
Befindet sich das Ventilelement in seiner Offenstellung, so strömt das Abgas in eine Strömungsrichtung in den Umgehungskanal ein. Befindet sich das Ventilelement in seiner Schließstellung, so dass beispielsweise kein Abgas in den Umgehungskanal einströmt, so ist die Stelle zumindest in der Schließstellung des Ventilelements und bezogen auf die Strömungsrichtung, in die das Abgas in der Offenstellung des Ventilelements in den Umgehungskanal einströmt beziehungsweise einströmen würde, stromauf der Dichtfläche angeordnet. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem die erste Dichtfläche üblicherweise stromab der Stelle angeordnet ist, lässt sich eine besonders hohe Robustheit der Turbine realisieren, da durch die Anordnung der Stelle bezogen auf die erste Dichtfläche über das Ventilelement auf das Hebelelement und somit einen gegebenenfalls vorgesehenen, das Hebelelement umfassenden Verstellmechanismus der Turbine wirkende Belastungen gering gehalten werden können. Insbesondere ist es so möglich, eine besonders vorteilhafte Dauerhaltbarkeit des Ventilelements und somit dessen Funktion zu realisieren.
Die genannten, auf das Ventilelement und über dieses auf das Hebelelement wirkenden Belastungen resultieren beispielsweise aus dem das Ventilelement, insbesondere in dessen Schließstellung, anströmenden Abgas, mittels welchem beispielsweise eine Druckbeaufschlagung, insbesondere pulsierende Druckbeaufschlagung, des Ventilelements bewirkt wird. Üblicherweise führen diese Druckbeaufschlagungen zu hohen Belastungen des Verstellmechanismus. Da nun jedoch die Stelle stromauf und nicht stromab der ersten Dichtfläche angeordnet ist, können die auf den Verstellmechanismus wirkenden und aus der pulsierenden Druckbeaufschlagung resultierenden Belastungen geringgehalten werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Schnittansicht eines Ventilelements gemäß einer ersten Ausführungsform für eine Turbine eines Abgasturboladers, wobei mittels des Ventilelements ein Umgehungskanal der Turbine versperrbar und freigebbar ist;
2 eine schematische Schnittansicht des Ventilelements gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
3 eine schematische Schnittansicht des Ventilelements gemäß einer dritten Ausführungsform.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein Ventilelement 10 gemäß einer ersten Ausführungsform für eine Turbine eines Abgasturboladers, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine. Das Ventilelement 10 wird auch als Wastegate bezeichnet und – wie im Folgenden noch erläutert wird – zur Einstellung eines vom Abgasturbolader bereitzustellenden Ladedrucks verwendet. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und umfasst mehrere Brennräume in Form von Zylindern, wobei die Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben eines Kraftwagens, insbesondere Personenkraftwagens, genutzt wird. Während eines gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine laufen in den Zylindern Verbrennungsvorgänge ab, aus denen Abgas resultiert.
Die Turbine umfasst ein in den Fig. nicht erkennbares Turbinengehäuse mit einem Aufnahmeraum. In dem Aufnahmeraum ist ein Turbinenrad der Turbine aufgenommen, wobei das Turbinenrad um eine Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse drehbar ist. Das Turbinengehäuse ist vom Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar und weist dabei wenigstens zwei zumindest bereichsweise fluidisch voneinander getrennte Fluten auf, welche von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar sind. Mittels der Fluten wird das Abgas zu dem Aufnahmeraum und somit zu dem Turbinenrad geleitet, so dass das Turbinenrad von dem Abgas angetrieben werden kann. Ein erster Teil der Zylinder ist beispielsweise mit einer ersten der Fluten verbunden beziehungsweise zur ersten Flut zusammengeführt, wobei ein vom ersten Teil unterschiedlicher, zweiter Teil der Zylinder fluidisch mit der zweiten Flut verbunden beziehungsweise zu der zweiten Flut zusammengeführt ist. Somit wird das Abgas aus den zum ersten Teil gehörenden Zylindern der ersten Flut und nicht etwa der zweiten Flut zugeführt, wobei das Abgas aus den zum zweiten Teil gehörenden Zylindern der zweiten Flut und nicht etwa der ersten Flut zugeführt wird. Mit anderen Worten fördert der erste Teil der Zylinder sein Abgas zur ersten Flut, während der zweite Teil der Zylinder sein Abgas zur zweiten Flut fördert.
Durch die zumindest teilweise Trennung der Fluten ist gegenüber den Zylindern insgesamt eine Verkleinerung von Abgas führenden Volumina zwischen den Zylindern und dem Turbinenrad geschaffen, was zum Effekt der Stoßaufladung führt. Mit anderen Worten sind der Abgasturbolader und somit die Verbrennungskraftmaschine durch Flutentrennung in einem Stoßaufladebetrieb betreibbar, in welchem die Verbrennungskraftmaschine mittels der Stoßaufladung aufgeladen, das heißt mit verdichteter Luft versorgt wird.
Die Turbine umfasst auch wenigstens einen Umgehungskanal, über welchen das Turbinenrad zumindest von einem Teil des Abgases zu umgehen ist. Mit anderen Worten ist mittels des Umgehungskanals zumindest ein Teil des Abgases an einer stromauf des Turbinenrads angeordneten Abzweigstelle abzweigbar, so dass das abgezweigte und den Umgehungskanal durchströmende Abgas das Turbinenrad umgeht und somit nicht antreibt. Ferner weist die Turbine wenigstens eine Überströmöffnung auf, über welche die Fluten an wenigstens einer stromauf des Turbinenrads angeordneten Verbindungsstelle fluidisch miteinander verbindbar sind. Mittels des Ventilelements 10 sind dabei eine die Überströmöffnung durchströmende erste Menge des Abgases sowie eine den Umgehungskanal durchströmende zweite Menge des Abgases einstellbar. Dabei ist das Ventilelement 10 zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung relativ zu dem Turbinengehäuse bewegbar, insbesondere verschwenkbar. In der Schließstellung ist der Umgehungskanal mittels des Ventilelements 10 fluidisch versperrt, so dass kein Abgas den Umgehungskanal durchströmen kann. In der Offenstellung gibt das Ventilelement 10 den Umgehungskanal frei, so dass zumindest ein Teil des Abgases das Turbinenrad umgehen kann.
Das Ventilelement 10 weist dabei eine erste Dichtfläche 12 auf, welche beispielsweise als Ringfläche beziehungsweise zumindest im Wesentlichen ringförmige Fläche ausgebildet ist. In der Schließstellung liegt die erste Dichtfläche 12 an einer korrespondierenden zweiten Dichtfläche einer Wandung der Turbine, insbesondere des Turbinengehäuses, an, so dass der Umgehungskanal mittels der Dichtflächen fluidisch versperrt ist. Insbesondere weist der Umgehungskanal eine Einströmöffnung auf, über welche das Abgas in den Umgehungskanal einströmen kann. In der Schließstellung ist die Einströmöffnung mittels des Ventilelements 10 fluidisch versperrt, so dass kein Abgas in den Umgehungskanal einströmen kann. In der Offenstellung hingegen gibt das Ventilelement 10 die Einströmöffnung frei, so dass die Einströmöffnung von Abgas durchströmbar ist und somit Abgas durch die Einströmöffnung hindurch und in den Umgehungskanal einströmen kann. Befindet sich das Ventilelement 10 in der Offenstellung, so strömt das Abgas in eine Strömungsrichtung zu dem und insbesondere in den Umgehungskanal und somit durch die Einströmöffnung. Diese Strömungsrichtung liegt somit in der Offenstellung des Ventilelements 10 vor, kann jedoch zu Bezugszwecken ohne weiteres auch auf die Schließstellung des Ventilelements 10 übertragen werden. Die Turbine umfasst auch einen Verstellmechanismus, mittels welchem das Ventilelement 10 zwischen der Schließstellung und der Offenstellung verschwenkbar ist. Der Verstellmechanismus umfasst ein Hebelelement 14, welches um eine Schwenkachse 16 relativ zum Turbinengehäuse verschwenkbar ist. Das Hebelelement 14 ist mit dem Ventilelement 10 verbunden, so dass das Ventilelement 10 durch Schwenken des Hebelelements 14 zwischen der Offenstellung und der Schließstellung bewegt, das heißt verschwenkt, wird.
Um nun eine besonders hohe Robustheit der Turbine zu schaffen, ist eine Stelle 18, an welcher das Ventilelement 10 in eine senkrecht zur ersten Dichtfläche 12 verlaufende und in 1 durch einen Richtungspfeil 20 veranschaulichte Richtung an dem Hebelelement 14 abgestützt ist, bezogen auf die zuvor beschriebene Strömungsrichtung des in den Umgehungskanal einströmenden Abgases stromauf der ersten Dichtfläche 12 angeordnet. In 1 ist eine gedachte und somit im Wesentlichen senkrecht zur genannten Strömungsrichtung verlaufende Ebene 22 gezeigt, in welcher die Stelle 18 liegt. Dies bedeutet, dass die Stelle 18 in der Ebene 22 angeordnet ist, wobei die Ebene 22 und somit die Stelle 18 stromauf der ersten Dichtfläche 12 angeordnet sind.
Darüber hinaus ist eine bezogen auf die beschriebene Strömungsrichtung stromab der Stelle 18 angeordnete, weitere Stelle 24 vorgesehen, an welcher das Ventilelement 10 in die senkrecht zur ersten Dichtfläche 12 verlaufende Richtung an dem Hebelelement 14 abgestützt ist. Ferner ist in 1 eine senkrecht zur genannten Richtung verlaufende Ebene 26 gezeigt, in welcher die Stelle 24 angeordnet ist. Dabei sind auch die Ebene 26 und somit die Stelle 24 bezogen auf die genannte Strömungsrichtung stromauf der ersten Dichtfläche 12 angeordnet.
Das Ventilelement 10 weist einen beispielsweise als geschlossener Hohlquerschnitt ausgebildeten Hohlquerschnitt 28 auf, in welchem die Stelle 24 angeordnet ist. Ferner weist das Hebelelement 14 einen ersten Längenbereich 30 sowie einen zweiten Längenbereich 32 auf, welcher sich zumindest im Wesentlichen senkrecht zum ersten Längenbereich 30 erstreckt. Dabei ist das Ventilelement 10 in die genannte Richtung an der Stelle 24 am zweiten Längenbereich 32 zum Längenbereich 30 hin abgestützt. Ferner weist das Hebelelement 14 einen sich an den zweiten Längenbereich 32 anschließenden, dritten Längenbereich 34 an, welcher zumindest im Wesentlichen parallel zum zweiten Längenbereich 32 verläuft und dabei koaxial zum zweiten Längenbereich 32 angeordnet ist. Dabei weist das Ventilelement 10 eine als Durchgangsöffnung ausgebildete Öffnung 36 auf, in welcher der dritte Längenbereich 34 aufgenommen ist. Somit ist das Ventilelement 10 über seine Öffnung 36 auf dem dritten Längenbereich 34 angeordnet. Die Längenbereiche 32 und 34 weisen somit eine Längserstreckungsrichtung auf und sind zumindest im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, so dass sie auch eine axiale Richtung aufweisen. Die Ebenen 22, 26 verlaufen dabei senkrecht zur axialen Richtung der Längenbereiche 32 und 34, wobei die genannte Richtung in die axiale Richtung der Längenbereiche 32 und 34 verläuft. Somit ist das Ventilelement 10 in axialer Richtung der Längenbereiche 32 und 34 an dem Hebelelement 14 abgestützt, so dass die jeweilige Stelle 18 beziehungsweise 24 eine axiale Schnittstelle ist, an welcher das Ventilelement 10 am Hebelelement 14 abgestützt ist.
Im Stand der Technik ist diese axiale Schnittstelle bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases stromab der ersten Dichtfläche 12 angeordnet. Bei dem Ventilelement 10 und dem Hebelelement 14 ist nun jedoch vorgesehen, dass die axiale Schnittstelle stromauf der Dichtfläche 12 platziert ist. Aus 1 ist erkennbar, dass der zweite Längenbereich 32 zumindest teilweise in dem Hohlquerschnitt 28 aufgenommen ist. Dabei ist das Ventilelement 10 in axialer Richtung an dem zweiten Längenbereich 32 abgestützt.
Um das Ventilelement 10 auf dem dritten Längenbereich 34 in axialer Richtung dieses zu sichern, ist ein Befestigungselement 38 vorgesehen, welches beispielsweise als Mutter ausgebildet ist. Die Mutter weist beispielsweise ein Innengewinde auf, wobei der als Zapfen ausgebildete dritte Längenbereich 34 beispielsweise ein mit dem Innengewinde korrespondierendes, Außengewinde aufweist. Die Mutter ist somit über ihr Innengewinde auf das Außengewinde des Längenbereichs 34 aufgeschraubt, wodurch das Ventilelement 10 in axialer Richtung gegen den zweiten Längenbereich 32 gespannt wird und somit auf dem dritten Längenbereich 34 gesichert ist.
In der Schließstellung wird das Ventilelement 10 von dem Abgas angeströmt, wobei das Abgas das Ventilelement 10 beispielsweise pulsiert anströmt. Daraus resultiert eine pulsierende Druckbeaufschlagung des Ventilelements 10, welches auch als Wastegate oder Bypass-Ventil bezeichnet wird. Das Umgehen des Turbinenrads wird auch als Abblasen bezeichnet, so dass das Ventilelement 10 auch als Abblaseventil bezeichnet wird. Bei einem Zeitpunkt liegt beispielsweise eine stark einseitige Druckbelastung an dem Ventilelement 10 an, wobei diese Druckbelastung zu einer Kraft F führt. Diese Kraft F wirkt auf das Ventilelement 10 und führt somit zur Belastung des Ventilelements 10, so dass auch das Hebelelement 14 und der Verstellmechanismus insgesamt durch das Ventilelement 10 belastet werden.
Aus der Druckbeaufschlagung resultieren beispielsweise weitere Kräfte F1, F2 und F3, wobei die Kraft F1 in axialer Richtung der Längenbereiche 32 und 34 und die Kraft F2 in radialer Richtung der Längenbereiche 32 und 34 wirkt. Insbesondere die Kraft F1 führt bei der einseitigen Druckbelastung zu einer starken Momentenbelastung der axialen Schnittstelle bei herkömmlichen Turbinen. Da nun jedoch die Stelle 18 beziehungsweise 24 stromauf der Dichtfläche 12 angeordnet sind, kann eine übermäßige Momentenbelastung der Stelle 18 beziehungsweise 24 und somit des Verstellmechanismus insgesamt vermieden werden. Insbesondere ist es durch die Anordnung der Stelle 18 beziehungsweise 24 stromauf der Dichtfläche 12 möglich, durch Druckkräfte bewirkte Momente an der axialen Schnittstelle zwischen dem Abblaseventil und dem Hebelelement 14 konzeptbedingt aufzuheben. Dadurch kann eine dauerhaltbare Funktionserfüllung des Ventilelements 10 gewährleistet werden.
Beispielsweise ist es vorgesehen, dass das Ventilelement 10 in der Schließstellung sowohl den Umgehungskanal als auch die genannte Überströmöffnung verschließt. Alternativ dazu ist es denkbar, dass das Ventilelement 10 in der Schließstellung den Umgehungskanal verschließt und die Überströmöffnung zumindest teilweise freigibt, so dass zumindest ein Teil des Abgases sowohl in der Offenstellung als auch in der Schließstellung die Überströmöffnung durchströmen kann. Somit sind die Fluten beispielsweise auch in der Schließstellung über die Überströmöffnung fluidisch miteinander verbunden. Wird das Ventilelement 10 beispielsweise aus der Schließstellung in die Offenstellung bewegt, so geht damit ein sukzessives beziehungsweise zunehmendes, weiteres Freigeben der Überströmöffnung einher, so dass die Fluten bei dem Bewegen des Ventilelements aus der Schließstellung in die Offenstellung sukzessive beziehungsweise zunehmend fluidisch miteinander verbunden werden.
Als vorteilhaft hat es sich dabei gezeigt, wenn das Ventilelement 10 in der Schließstellung einen ersten Teilbereich der Überströmöffnung freigibt und einen sich an den ersten Teilbereich anschließenden, zweiten Teilbereich der Überströmöffnung fluidisch versperrt. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Ventilelement 10 in der Schließstellung den Umgehungskanal versperrt und in der Offenstellung den Umgehungskanal und nicht nur den ersten Teilbereich, sondern auch den zweiten Teilbereich der Überströmöffnung freigibt, so dass die Überströmöffnung in der Offenstellung stärker freigegeben ist als in der Schließstellung. Ferner hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn ein erstes Maß, um welches das Ventilelement 10 bei dessen Bewegung aus der Schließstellung in die Offenstellung den Umgehungskanal freigibt, zumindest in einem Teil der Bewegung des Ventilelements 10 größer als ein zweites Maß ist, um welches das Ventilelement 10 die Überströmöffnung freigibt. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass beim Öffnen des Ventilelements 10 eine deutlichere Abblasung als Flutenverbindung und insbesondere bei geringem Öffnungswinkel erfolgt. Bei weiterer Öffnung des Ventilelements 10 erfolgt eine zunehmende beziehungsweise stärkere Umblasung.
Als Abblasung wird das Umgehen des Turbinenrads von Abgas bezeichnet. Mit anderen Worten wird das Freigeben des Umgehungskanals auch als Abblasen oder Abblasung bezeichnet, so dass das den Umgehungskanal durchströmende Abgas abgeblasen wird. Dies ist der Fall, da in dem den Umgehungskanal durchströmende Abgas enthaltene Energie nicht zum Antreiben des Turbinenrads genutzt werden kann. Als Umblasen wird das Verbinden der Fluten über die Überströmöffnung bezeichnet, da die Fluten durch Freigeben der Überströmöffnung, welche auch als Durchströmöffnung bezeichnet wird, fluidisch miteinander verbunden werden und durch das fluidische Verbinden der Fluten, was auch als Flutenverbindung bezeichnet wird, Abgas von der ersten Flut in die zweite Flut beziehungsweise umgekehrt strömen kann. Dieses Abgas wird nicht beispielsweise abgeblasen, sondern kann zum Antreiben des Turbinenrads verwendet werden. Dem Ventilelement 10 kommt somit eine Doppelfunktion zu, da es sowohl zum Freigeben und Versperren des Umgehungskanals, als auch zum Einstellen einer die Überströmöffnung durchströmenden Menge des Abgases verwendet wird.
Hierdurch lassen sich gegenüber dem Stand der Technik Wirkungsgradvorteile der Verbrennungskraftmaschine sowie ein größerer Freiheitsgrad bei der Auslegung eines Aufladesystems schaffen, welches die Turbine und wenigstens einen von der Turbine antreibbaren Verdichter umfasst, mittels welchem die Zylinder mit verdichteter Luft versorgbar sind. Ferner können die Kosten der Verbrennungskraftmaschine gering gehalten werden. Darüber hinaus lässt sich ein effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren, so dass der Kraftstoffverbrauch und die CO₂ Emissionen der Verbrennungskraftmaschine geringgehalten werden können. Außerdem kann durch die bedarfsgerechte Flutenverbindung und Flutentrennung sowie das bedarfsgerechte Freigeben und Versperren des Umgehungskanals ein vorteilhaftes Ansprechverhalten geschaffen werden. Auch lässt sich eine verbesserte Drehmomentcharakteristik schaffen.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Ventilelements 10 sowie des Hebelelements 14. Bei der zweiten Ausführungsform schließt sich an den Längenbereich 30 der Längenbereich 32 an, welcher nun jedoch nicht – wie bei der ersten Ausführungsform – massiv, sondern als Hülse ausgebildet ist. Dabei weist der zweite Längenbereich 32 eine als Durchgangsöffnung ausgebildete Öffnung 40 auf. Das Ventilelement 10 weist einen als Bolzen oder Zapfen ausgebildeten Bereich 42 auf, welcher die Öffnung 40 durchdringt und auf einer Seite 44 aus der Öffnung 40 herausragt.
Auch bei der zweiten Ausführungsform ist das Ventilelement 10 an der in der Ebene 22 angeordneten Stelle 18 in die senkrecht zur Dichtfläche 12 verlaufende Richtung und somit in axialer Richtung des Längenbereichs 32 und des Bereichs 42 an dem Hebelelement 14 abgestützt, wobei bei der zweiten Ausführungsform das Ventilelement 10 in axialer Richtung an dem Längenbereich 32 zum Längenbereich 30 hin abgestützt ist. In einem sich an den Bereich 42 anschließenden Bereich 46 weist das Ventilelement 10 ein mit dem Innengewinde der Mutter (Befestigungselement 38) korrespondierendes Außengewinde auf, auf welches die Mutter aufgeschraubt ist. Dadurch ist das Ventilelement 10 in axialer Richtung des Längenbereichs 32 beziehungsweise des Bereichs 42 an dem Hebelelement 14 gesichert. Wie bei der ersten Ausführungsform kann die axiale Schnittstelle konstruktiv bedingt Druckkräfte aufnehmen, so dass der Verstellmechanismus und das Ventilelement 10 und somit die Turbine insgesamt besonders gewichtsgünstig ausgebildet werden können bei Realisierung einer hinreichenden Funktionalität. Im Vergleich zur Technik ist es somit möglich, das Gewicht der Turbine bei gleicher Funktionalität zu reduzieren.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Ventilelements 10 sowie des Hebelelements 14. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich insbesondere dadurch von der zweiten Ausführungsform, dass das Hebelelement 14, insbesondere in dem Längenbereich 32, einen weiteren Hohlquerschnitt 48 aufweist. Dabei ist das Befestigungselement 38 in dem Hohlquerschnitt 48 und in dem Hohlquerschnitt 28 des Ventilelements 10 aufgenommen und auf den Längenbereich 46 aufgeschraubt ist.
Bezugszeichenliste

10: Ventilelement
12: erste Dichtfläche
14: Hebelelement
16: Schwenkachse
18: Stelle
20: Richtungspfeil
22: Ebene
24: weitere Stelle
26: weitere Ebene
28: Hohlquerschnitt
30: Längenbereich
32: Längenbereich
34: Längenbereich
36: Öffnung
38: Befestigungselement
40: Öffnung
42: Bereich
44: Seite
46: Bereich
48: weiterer Hohlquerschnitt
F: Kraft
F1: Kraft
F2: Kraft
F3: Kraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013002894 A1 [0002]

Claims

Turbine für einen Abgasturbolader, mit einem von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Turbinengehäuse, mit einem in dem Turbinengehäuse drehbar aufgenommenen und von dem Abgas antreibbaren Turbinenrad, mit wenigstens einem Umgehungskanal, über welchen das Turbinenrad zumindest von einem Teil des Abgases zu umgehen ist, mit einem Ventilelement (10), welches zwischen einer den Umgehungskanal versperrenden Schließstellung und wenigstens einer den Umgehungskanal freigebenden Offenstellung relativ zu dem Turbinengehäuse bewegbar ist und wenigstens eine erste Dichtfläche (12) aufweist, welche zum Versperren des Umgehungskanals an wenigstens einer korrespondierenden zweiten Dichtfläche einer Wandung der Turbine anliegt, und mit einem Hebelelement (14), über welches das Ventilelement (10) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Stelle (18, 24), an welcher das Ventilelement (10) in eine schräg oder senkrecht zur ersten Dichtfläche (12) verlaufende Richtung (20) an dem Hebelelement (14) abgestützt ist, bezogen auf eine Strömungsrichtung des in den Umgehungskanal einströmenden Abgases stromauf der ersten Dichtfläche (12) angeordnet ist.
Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (14) einen Hohlquerschnitt (28) aufweist.
Turbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hebelelement (14) einen ersten Längenbereich (30) und einen schräg oder senkrecht dazu verlaufenden zweiten Längenbereich (32) aufweist, welcher zumindest teilweise in dem Hohlquerschnitt (28) aufgenommen ist.
Turbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (10) an der Stelle (24) an dem zweiten Längenbereich (32) abgestützt ist.
Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinengehäuse zumindest zwei zumindest bereichsweise fluidisch voneinander getrennte und von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine durchströmbare Fluten aufweist, über welche das Abgas dem Turbinenrad zuführbar ist, wobei wenigstens eine Überströmöffnung vorgesehen ist, die Fluten fluidisch miteinander verbindbar sind, und wobei mittels des Ventilelements (10) eine die Überströmöffnung durchströmende Menge des Abgases einstellbar ist.
Turbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (10) die Überströmöffnung in der Offenstellung zumindest bereichsweise freigibt.
Turbine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (10) in der Schließstellung den Umgehungskanal versperrt und die Überströmöffnung zumindest teilweise freigibt.
Turbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (10) in der Schließstellung einen ersten Teilbereich der Überströmöffnung freigibt und einen sich an den ersten Teilbereich anschließenden, zweiten Teilbereich der Überströmöffnung fluidisch versperrt.
Turbine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (10) in der Offenstellung den Umgehungskanal und den zweiten Teilbereich freigibt.
Turbine nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Maß, um welches das Ventilelement (10) bei dessen Bewegung aus der Schließstellung in die Offenstellung den Umgehungskanal freigibt, zumindest in einem Teilbereich der Bewegung größer als ein zweites Maß ist, um welches das Ventilelement (10) die Überströmöffnung freigibt.