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DE102020107129A1 - Turbocharger arrangement with VTG and turbine bypass - Google Patents

Turbocharger arrangement with VTG and turbine bypass Download PDF

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DE102020107129A1
DE102020107129A1 DE102020107129.9A DE102020107129A DE102020107129A1 DE 102020107129 A1 DE102020107129 A1 DE 102020107129A1 DE 102020107129 A DE102020107129 A DE 102020107129A DE 102020107129 A1 DE102020107129 A1 DE 102020107129A1
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actuator
vtg
exhaust gas
turbine bypass
turbine
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Dirk Christian Leinhos
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Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasturboladeranordnung (102) für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (100), aufweisend einen Abgasturbolader (104) mit einem Turbinengehäuse (106) und einer Turbine (105) mit einer variablen Turbinengeometrie, die mittels eines VTG-Stellers (5) veränderbar ist, einen Turbinenbypass (13) zur Leitung von Abgas am Abgasturbolader vorbei und mit einem TB-Sperrmittel (11), das mittels eines TBS-Stellers (10) den Turbinenbypass blockieren oder freigeben kann, einen Aktuator (20), der mit dem VTG-Steller und dem TBS-Steller verbunden und dazu eingerichtet ist, den VTG-Steller und den TBS-Steller auszulenken.

Figure DE102020107129A1_0000
The invention relates to an exhaust gas turbocharger arrangement (102) for a motor vehicle with an internal combustion engine (100), comprising an exhaust gas turbocharger (104) with a turbine housing (106) and a turbine (105) with a variable turbine geometry, which is controlled by means of a VTG actuator (5) is changeable, a turbine bypass (13) for directing exhaust gas past the exhaust gas turbocharger and with a TB locking means (11) that can block or release the turbine bypass by means of a TBS actuator (10), an actuator (20) which is connected to the VTG actuator and the TBS actuator and is set up to deflect the VTG actuator and the TBS actuator.
Figure DE102020107129A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasturboladeranordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betrieb einer Abgasturboladeranordnung.The invention relates to an exhaust gas turbocharger arrangement for a motor vehicle with an internal combustion engine and a method for operating an exhaust gas turbocharger arrangement.

Moderne Abgasturbolader (nachfolgend auch als ATL bezeichnet), die bei PKW-Motoren, insbesondere bei Ottomotoren, eingesetzt werden, verfügen fast immer über einen Turbinenbypass (nachfolgend auch als TB bezeichnet). Der Turbinenbypass ist dann mit einem Verstellorgan versehen, das häufig als Klappe ausgeführt ist und den Abgasmassenstrom reguliert, der über die Turbine strömt, und damit den Ladedruck einstellt. Zur Ansteuerung des Verstellorgans wird ein Aktuator benötigt.Modern exhaust gas turbochargers (hereinafter also referred to as ATL), which are used in passenger car engines, in particular in gasoline engines, almost always have a turbine bypass (hereinafter also referred to as TB). The turbine bypass is then provided with an adjusting element, which is often designed as a flap and regulates the exhaust gas mass flow that flows through the turbine, and thus sets the boost pressure. An actuator is required to control the adjusting element.

Durch ein weites Öffnen des Turbinenbypasses wird auch die sogenannte Katalysatorheizfunktion (Katheizen) dargestellt, indem nach dem Motorstart ein möglichst hoher Massenstrom mit möglichst geringer Abkühlung an der Turbine vorbei direkt auf den Katalysator geleitet wird, um ihn schnell auf die Temperatur, ab der die Konvertierung der Abgase beginnt, aufzuheizen.By opening the turbine bypass wide, the so-called catalytic converter heating function (catalytic converter heating) is also shown, in that, after the engine has started, the highest possible mass flow with the least possible cooling is passed past the turbine and directly onto the catalytic converter in order to quickly bring it to the temperature at which the conversion starts the exhaust begins to heat up.

Es kommen vermehrt auch Turbinen mit Variabilitäten zum Einsatz. Unter einer Variabilität wird vorliegend insbesondere eine Turbine mit variablen Leitschaufeln (nachfolgend auch als VTG bezeichnet) verstanden, über die das Durchsatzverhalten der Turbine verändert und so auch u.a. der Gegendruck reduziert werden kann. Für die Ansteuerung der Leitschaufeln wird ebenfalls ein Aktuator benötigt.Turbines with variabilities are also increasingly being used. In the present case, variability is understood to mean, in particular, a turbine with variable guide vanes (hereinafter also referred to as VTG), by means of which the throughput behavior of the turbine can be changed and thus, among other things, the back pressure can be reduced. An actuator is also required to control the guide vanes.

Bisher ist insbesondere bei PKWs der VTG-Turbolader typischerweise ohne Turbinenbypass ausgeführt.So far, the VTG turbocharger has typically been designed without a turbine bypass, particularly in passenger cars.

Davon abweichend zeigt die DE 11 2014 004 824 T5 eine Turboladeranordnung mit VTG und Turbinenbypass, um bei einem kleineren Turbinenrad eine Wastegate-Baugruppe zum vollständigen Vorbeileiten eines Teils der Strömung an dem Turbinenrad zu benutzen und damit höhere Durchflussraten zu erreichen.Deviating from this, the DE 11 2014 004 824 T5 a turbocharger arrangement with VTG and turbine bypass in order to use a wastegate assembly for a smaller turbine wheel to completely bypass part of the flow past the turbine wheel and thus to achieve higher flow rates.

Auch hinsichtlich der immer strenger werdenden Emissionsanforderungen wird die Kombination von VTG und Turbinenbypass in Betracht gezogen, um die Turboladeranordnung variabler betreiben zu können, insbesondere beim Katheizen. Dazu werden bisher zwei Aktuatoren eingesetzt; einer für die Leitschaufeln der VTG, einer für die Ansteuerung des TB-Sperrmittels des Turbinenbypasses.The combination of VTG and turbine bypass is also being considered with regard to the increasingly strict emission requirements in order to be able to operate the turbocharger arrangement in a more variable manner, especially when heating the catalytic converter. To date, two actuators have been used for this purpose; one for the guide vanes of the VTG, one for the control of the TB blocking means of the turbine bypass.

Die Turboladeranordnung der DE 11 2014 004 824 T5 kommt mit einem Aktuator aus. Allerdings ist diese nicht für den benötigten variablen Betrieb geeignet, weil der Turbinenbypass nur geöffnet werden kann, wenn die VTG für einen großen Abgasmassenstrom bereits weit geöffnet ist.The turbocharger arrangement of the DE 11 2014 004 824 T5 gets by with one actuator. However, this is not suitable for the required variable operation because the turbine bypass can only be opened when the VTG is already wide open for a large exhaust gas mass flow.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Turboladeranordnung mit VTG und Turbinenbypass und ein zugehöriges Betriebsverfahren zu verbessern.Against this background, it is an object of the invention to improve a turbocharger arrangement with a VTG and turbine bypass and an associated operating method.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Abgasturboladeranordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 9. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved by an exhaust gas turbocharger arrangement with the features of claim 1 and by an operating method with the features of claim 9. The dependent claims relate to advantageous developments of the invention.

Gemäß einem Aspekt wird eine Abgasturboladeranordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, aufweisend: (a) einen Abgasturbolader mit einem Turbinengehäuse und einer Turbine mit einer variablen Turbinengeometrie, die mittels eines VTG-Stellers veränderbar ist; (b) einen Turbinenbypass zur Leitung von Abgas am Abgasturbolader vorbei und mit einem TB-Sperrmittel (TBS), das mittels eines TBS-Stellers den Turbinenbypass blockieren oder freigeben kann, (c) einen Aktuator, der mit dem VTG-Steller und dem TBS-Steller jeweils unmittelbar oder mittelbar verbunden und dazu eingerichtet ist, den VTG-Steller, insbesondere zum Verändern der Turbinengeometrie, und den TBS-Steller, insbesondere zum Blockieren oder Freigeben des Turbinenbypasses, auszulenken.According to one aspect, an exhaust gas turbocharger arrangement for a motor vehicle with an internal combustion engine is proposed, comprising: (a) an exhaust gas turbocharger with a turbine housing and a turbine with a variable turbine geometry which can be changed by means of a VTG actuator; (b) a turbine bypass for directing exhaust gas past the exhaust gas turbocharger and with a TB blocking means (TBS) that can block or release the turbine bypass by means of a TBS actuator, (c) an actuator that works with the VTG actuator and the TBS Actuator is each connected directly or indirectly and is set up to deflect the VTG actuator, in particular for changing the turbine geometry, and the TBS actuator, in particular for blocking or releasing the turbine bypass.

Der Aktuator ist dazu eingerichtet, den VTG-Steller und den TBS-Steller so auszulenken, dass, insbesondere gleichzeitig, die variable Turbinengeometrie, insbesondere maximal, geschlossen und der Turbinenbypass geöffnet ist.The actuator is set up to deflect the VTG actuator and the TBS actuator in such a way that, in particular at the same time, the variable turbine geometry, in particular maximally, is closed and the turbine bypass is open.

Dadurch kann auch bei niedrigen Abgasmassenstroms sichergestellt werden, dass - beispielsweise bei einem Kaltstart - die im vorhandenen Abgas enthaltene Enthalpie möglichst umfassend zur Katalysatorheizung verwendet werden kann.As a result, even with a low exhaust gas mass flow, it can be ensured that - for example in the case of a cold start - the enthalpy contained in the exhaust gas present can be used as comprehensively as possible for heating the catalytic converter.

Gemäß einer Ausführung ist/sind die Verbindung(en) des Aktuators mit dem VTG-Steller und/oder mit dem TBS-Steller, gegebenenfalls jeweils, mit einem Auslenkspiel in einer Auslenkrichtung ausgebildet, insbesondere sodass einer der Steller im Rahmen des Auslenkspiel unabhängig von dem anderen Steller auslenkbar ist.According to one embodiment, the connection (s) of the actuator with the VTG actuator and / or with the TBS actuator, optionally in each case, is / are designed with a deflection play in a deflection direction, in particular so that one of the actuators within the scope of the deflection play is independent of the other actuator is deflectable.

Dadurch kann der Turbinenbypass in einem gewissen Ausmaß unabhängig von der Position der Leitschaufeln der VTG geöffnet werden, um einen optimierten Katalysator-Heizbetrieb zu ermöglichen.As a result, the turbine bypass can be opened to a certain extent independently of the position of the guide vanes of the VTG in order to enable an optimized catalytic converter heating mode.

Gemäß einer Ausführung ist ein Aktuator vorgesehen, der sowohl die kontinuierliche Verstellung des variablen Vorleitrades der VTG-Turbine des Turboladers als auch, insbesondere im relevanten Bereich, die Ansteuerung des Verstellorgans für den Turbinenbypass übernimmt.According to one embodiment, an actuator is provided, which both the continuous adjustment the variable inlet guide wheel of the VTG turbine of the turbocharger as well as, especially in the relevant area, the control of the adjustment element for the turbine bypass.

In den weiter unten beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen geschieht dies über geeignete Anordnungen von Stellern für das VTG und für den Turbinenbypass, die insbesondere über mittels Langlöchern realisierte Freiwege eine sequentielle Ansteuerung der VTG und des TB-Sperrmittels des Turbinenbypasses ermöglichen.In the exemplary embodiments described below, this is done via suitable arrangements of actuators for the VTG and for the turbine bypass, which enable sequential control of the VTG and the TB locking means of the turbine bypass, in particular via free paths implemented by means of elongated holes.

Weiterbildungen der Erfindung mit und ohne vorgespannten Federelementen zur Ausnutzung der Freiwege der Langlöcher sind gemäß Weiterbildungen der Erfindung vorgesehen.Further developments of the invention with and without pretensioned spring elements for utilizing the free paths of the elongated holes are provided according to further developments of the invention.

Die ggf. vorgesehenen Federelemente können mechanisch ausgebildet sein; es sind aber gemäß unterschiedlichen Ausführungen auch hydraulische oder pneumatische (und auch andere geeignete) Lösungen, ggf. in Kombination mit mechanischen Federelementen, vorgesehen.The spring elements which may be provided can be designed mechanically; however, according to different designs, hydraulic or pneumatic (and also other suitable) solutions, possibly in combination with mechanical spring elements, are provided.

Um ein Schwingen des Systems zu verhindern, können gemäß einer Ausführung auch dämpfende Elemente eingebracht werden, beispielsweise in einer Kombination mit einem mechanischen Federelement.In order to prevent the system from oscillating, according to one embodiment, damping elements can also be introduced, for example in combination with a mechanical spring element.

Als Aktuator ist gemäß einer Ausführung ein Linearsteller vorgesehen. Je nach Bauraumverfügbarkeit kann aber auch ein rotatorischer Steller verwendet werden.According to one embodiment, a linear actuator is provided as the actuator. Depending on the space available, a rotary actuator can also be used.

Gemäß einer Ausführung werden der Aktuator sowie die Feder- und Stellelemente so ausgelegt und gestaltet, dass sie auch thermische Längenausgleiche ermöglichen.According to one embodiment, the actuator and the spring and adjusting elements are designed and designed in such a way that they also enable thermal length compensations.

Je nach Anordnung der Verstellvorrichtungen und Langlöcher ist es möglich, den Turbinenbypass bei maximal geöffneten Leitschaufelposition und/oder bei maximal geschlossenen Leitschaufelposition zu betätigen.Depending on the arrangement of the adjustment devices and elongated holes, it is possible to actuate the turbine bypass with the guide vane position fully open and / or with the guide vane position fully closed.

Eine Ausprägung „Öffnen des Turbinenbypasses“ bei minimalem Massenstrom über die Turbine (geschlossene Leitschaufel-Position) ist dabei vor allem für das Heizen des Katalysators nach dem Motorstart vorteilhaft, und daher als bevorzugte Ausführung der Erfindung vorgesehen.A form of “opening the turbine bypass” with minimal mass flow via the turbine (closed guide vane position) is particularly advantageous for heating the catalytic converter after the engine has started, and is therefore provided as a preferred embodiment of the invention.

Zur Realisierung anderer Verstellwege bei Ausfall des Linearstellers sind entsprechende Anordnungen von vorgespannten Federelementen, ihrer Kraftrichtung sowie die Anordnung der Verstellstangen und Langlöcher vorzusehen. So kann beispielsweise die Stellung „Turbinenbypass offen“ und maximal „offene Leitschaufel“-Position der VTG eine bevorzugte Fail-Safe-Position sein, die einen sicheren saugmotorischen Betrieb des Motors erlaubt.To implement other adjustment paths in the event of failure of the linear actuator, appropriate arrangements of pretensioned spring elements, their direction of force and the arrangement of the adjusting rods and elongated holes must be provided. For example, the “turbine bypass open” position and the maximum “open guide vane” position of the VTG can be a preferred fail-safe position that allows the engine to operate safely using a naturally aspirated engine.

Auch die Stellung „Turbinenbypass offen“ und maximal „geschlossene Leitschaufel“-Position kann eine bevorzugte Fail-Safe-Position sein, die einen sicheren saugmotorischen Betrieb des Motors und immer noch ein optimiertes Katalysatorheizen erlaubt.The “turbine bypass open” position and the maximum “closed guide vane” position can also be a preferred fail-safe position, which allows safe naturally aspirated engine operation and optimized catalytic converter heating.

Unter einer Fail-Safe-Position ist vorliegend insbesondere eine Position des TB-Sperrmittels des Turbinenbypasses und eine Position der VTG zu verstehen, die sich, insbesondere stabil, einstellt, wenn der Aktuator nicht bestromt und/oder versagensbedingt ohne Funktion ist.In the present case, a fail-safe position is to be understood as meaning, in particular, a position of the TB blocking means of the turbine bypass and a position of the VTG that is set, in particular in a stable manner, when the actuator is not energized and / or is inoperative due to failure.

Unter einer Auslenkrichtung ist vorliegend insbesondere eine Richtung zu verstehen, in welcher einer der Steller und/oder der Aktuator, insbesondere hin und her, verfahren (werden) können, insbesondere durch eine Bestromung und entsprechende Ansteuerung des Aktuators.In the present case, a deflection direction is to be understood in particular as a direction in which one of the actuators and / or the actuator can move, in particular back and forth, in particular by energizing and correspondingly controlling the actuator.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb einer Abgasturboladeranordnung gemäß einer Ausführung der Erfindung vorgeschlagen, aufweisend zumindest die Verfahrensschritte: (i) Ermitteln eines Betriebszustands des Kraftfahrzeugs; (ii) Ansteuern des Aktuators in Abhängigkeit von dem ermittelten Betriebszustand, wobei der Aktuator zum Öffnen des Turbinenbypasses angesteuert wird, wenn als Betriebszustand ein Katalysatorheizungsbetrieb ermittelt wird.According to a further aspect, a method for operating an exhaust gas turbocharger arrangement according to an embodiment of the invention is proposed, comprising at least the method steps: (i) determining an operating state of the motor vehicle; (ii) Activation of the actuator as a function of the determined operating state, the actuator being activated to open the turbine bypass when a catalyst heating mode is determined as the operating state.

Dadurch kann auch bei niedrigen Abgasmassenstroms sichergestellt werden, dass - beispielsweise bei einem Kaltstart - die im vorhandenen Abgas enthaltene Enthalpie möglichst umfassend zur Katalysatorheizung verwendet werden kann.As a result, even with a low exhaust gas mass flow, it can be ensured that - for example in the case of a cold start - the enthalpy contained in the exhaust gas present can be used as comprehensively as possible for heating the catalytic converter.

Ein Katalysatorheizungsbetrieb kann beispielsweise aufgrund einer Ermittlung einer Temperatur einer Abgasnachbehandlungskomponente (wie zum Beispiel eines Katalysators) und/oder einer Außentemperatur und/oder einer Abstellzeit des Kraftfahrzeugs ermittelt werden.A catalytic converter heating operation can be determined, for example, on the basis of a determination of a temperature of an exhaust gas aftertreatment component (such as a catalytic converter) and / or an outside temperature and / or a shutdown time of the motor vehicle.

Dazu können beispielsweise die relevanten Temperaturen - direkt mittels Sensoren und/oder indirekt mittels eines Modells - ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ können aber auch indirekte Parameter dazu herangezogen werden, einen Katalysatorheizungsbetrieb zu ermitteln: beispielsweise kann ein Katalysatorheizungsbetrieb angenommen werden, wenn die Zündung des Fahrzeugs aktiviert wird, und/oder die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs gestartet wird, und/oder eine Tür des Fahrzeugs, insbesondere die Fahrertür, entriegelt und/oder geöffnet wird, und/oder eine Sitzbelegungserkennung des Fahrzeugs eine Belegung des Fahrersitzes erkennt, und/oder ein Rückhaltegurt, insbesondere am Fahrersitz, anlegt wird. Alternativ kann die Heizung auch mittels einer Fernbedienung manuell oder automatisch aktiviert werden.For this purpose, for example, the relevant temperatures can be determined - directly by means of sensors and / or indirectly by means of a model. Additionally or alternatively, however, indirect parameters can also be used to determine a catalytic converter heating operation: for example, a catalytic converter heating operation can be assumed when the ignition of the vehicle is activated and / or the internal combustion engine of the vehicle is started and / or a door of the vehicle, in particular the driver's door, unlocked and / or is opened, and / or a seat occupancy detection of the vehicle detects an occupancy of the driver's seat, and / or a restraint belt, in particular on the driver's seat, is put on. Alternatively, the heating can also be activated manually or automatically using a remote control.

Der Erfindung liegt unter anderem die Überlegung zugrunde, dass für eine optimale Umsetzung einer Katheizfunktion bei einem Kaltstart auf dem Weg der Abgase durch die VTG-Turbine des Abgasturboladers unnötigerweise Abgasenthalpie zur schnellen Heizung des Katalysators verloren geht, die mittels eines Turbinenbypasses auf kürzerem Weg über eine geringere benetzte Fläche schneller dem Katalysator zum Heizen zugeführt werden kann.The invention is based, inter alia, on the consideration that for an optimal implementation of a cat heating function during a cold start on the way of the exhaust gases through the VTG turbine of the exhaust gas turbocharger, exhaust gas enthalpy is unnecessarily lost for rapid heating of the catalytic converter smaller wetted area can be fed faster to the catalyst for heating.

Der Erfindung liegt ferner unter anderem die Überlegung zugrunde, dass auch im Falle eines Versagens einer Aktuierung der VTG und des Verschlusses des Turbinenbypasses vorteilhafterweise eine Fail-Safe-Position erreicht werden soll, die eine schnelle Katheizung optimal unterstützt, sprich einen möglichst großen Abgasstrom über den Turbinenbypass zur Folge hat.The invention is also based, inter alia, on the consideration that, even in the event of failure of an actuation of the VTG and the closure of the turbine bypass, a fail-safe position should advantageously be achieved that optimally supports rapid catalyst heating, i.e. the largest possible exhaust gas flow via the Turbine bypass.

Die Erfindung basiert unter anderem auf der Idee, einen einzigen aktiven (Haupt-)Aktuator derart mit den Leitschaufeln der VTG und mit einem Verschluss des Turbinenbypasses zu verbinden, dass der Turbinenbypass bei geöffneten und/oder geschlossenen Leitschaufeln des VTG geöffnet sein kann.The invention is based, inter alia, on the idea of connecting a single active (main) actuator to the guide vanes of the VTG and to a closure of the turbine bypass in such a way that the turbine bypass can be opened when the guide vanes of the VTG are open and / or closed.

Die Erfindung basiert ferner unter anderem auf der Idee, die geöffnete Position des Turbinenbypasses als Fail-Safe-Position auszubilden.The invention is also based, inter alia, on the idea of designing the open position of the turbine bypass as a fail-safe position.

Gemäß einer Ausführung ist das Auslenkspiel des VTG-Stellers und/oder des TBS-Stellers, insbesondere jeweils oder gemeinsam, mittels einer Langlochanordnung ausgebildet.According to one embodiment, the deflection play of the VTG adjuster and / or the TBS adjuster, in particular in each case or together, is formed by means of an elongated hole arrangement.

Dadurch kann das Auslenkspiel bei gleichzeitig verlässlicher Führung der Steller und des Aktuators zueinander sichergestellt werden, insbesondere wenn der Aktuator ausgestellt oder eingefahren wird.As a result, the deflection play can be ensured while the positioner and the actuator are guided reliably with respect to one another at the same time, in particular when the actuator is deployed or retracted.

Unter einem Langloch ist vorliegend insbesondere zu verstehen, dass an einem oder jedem der Steller jeweils eine in Auslenkrichtung längliche Ausnehmung ausgebildet ist, in welcher, insbesondere gleitend, ein Bolzen des, insbesondere antreibbaren Teils, des Aktuators gelagert ist.In the present case, an elongated hole is to be understood in particular to mean that one or each of the actuators has a recess which is elongated in the deflection direction and in which a bolt of the, in particular drivable, part of the actuator is mounted, in particular in a sliding manner.

Gemäß einer Ausführung sind der VTG-Steller und der TBS-Steller jeweils mittels eines vorgespannten Federelements an dem Turbinengehäuse abgestützt, wobei die Vorspannung entlang einer Richtung eines Verlaufs des jeweiligen Auslenkspiels, insbesondere in einer Auslenkrichtung, wirksam ist.According to one embodiment, the VTG actuator and the TBS actuator are each supported on the turbine housing by means of a pretensioned spring element, the pretensioning being effective along a direction of a course of the respective deflection play, in particular in a deflection direction.

Dadurch kann unter Ausnutzung des jeweiligen und/oder kombinierten Auslenkspiels eine gewünschte Position des TB-Sperrmittels erreicht werden.As a result, a desired position of the TB locking means can be achieved using the respective and / or combined deflection play.

Insbesondere ist ein solches Federelement mechanisch ausgebildet und weist daher beispielsweise eine Axialfeder oder eine Torsionsfeder oder eine Tellerfeder auf.In particular, such a spring element is designed mechanically and therefore has, for example, an axial spring or a torsion spring or a plate spring.

Gemäß einer Ausführung kann das Federelement aber auch zusätzlich oder alternativ eine pneumatische oder eine hydraulische Feder aufweisen, was insbesondere bei geeigneter Ausbildung auch noch im Betrieb der Abgasturboladeranordnung eine situative Anpassung bzw. Änderung der Federkraft ermöglicht, gegebenenfalls bis hin zur Umkehr der Wirkrichtung des Federelements.According to one embodiment, the spring element can additionally or alternatively have a pneumatic or hydraulic spring, which, in particular with a suitable design, also enables a situational adjustment or change of the spring force during operation of the exhaust gas turbocharger arrangement, possibly up to reversing the direction of action of the spring element.

Gemäß einer Ausführung sind die Vorspannungen des VTG-Stellers und/oder des TBS-Stellers derart ausgebildet, dass das TB-Sperrmittel den Turbinenbypass freigibt und/oder die Leitschaufeln in eine maximal geschlossene Position verfahren, wenn mittels des Aktuators keine Aktuatorkraft aufgebracht wird.According to one embodiment, the pre-tensioning of the VTG adjuster and / or the TBS adjuster are designed such that the TB blocking means releases the turbine bypass and / or the guide vanes move into a maximally closed position when no actuator force is applied by means of the actuator.

Dies ermöglicht eine Fail-Safe-Stellung, die bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine einen möglichst schnellen Beginn einer effektiven Abgasnachbehandlung unterstützt.This enables a fail-safe position that supports the quickest possible start of an effective exhaust gas aftertreatment in the event of a cold start of the internal combustion engine.

Insbesondere können zur exakten Definition einer Ruhestellung auch mechanische Anschläge eines oder beider Steller gegen das Turbinengehäuse vorgesehen sein.In particular, mechanical stops of one or both actuators against the turbine housing can also be provided for the exact definition of a rest position.

Gemäß einer Ausführung ist der Aktuator dazu eingerichtet, eines von der VTG und dem Turbinenbypass gegen die jeweilige Vorspannung zu öffnen und das andere gegen die Vorspannung zu schließen.According to one embodiment, the actuator is set up to open one of the VTG and the turbine bypass against the respective preload and to close the other against the preload.

Dadurch kann eine Ruhestellung - auch bei unbestromtem oder ausgefallenem Aktuator - erreicht werden (auch als Fail-Safe-Position), in welcher ein optimierter Katheizbetrieb auch bei einem kleinem Abgasmassenstrom sichergestellt werden: bei geöffnetem Turbinenbypass und maximal geschlossener VTG.This enables a rest position - even when the actuator is de-energized or has failed - to be achieved (also as a fail-safe position) in which an optimized cat heating operation is ensured even with a small exhaust gas mass flow: with the turbine bypass open and the VTG closed to the maximum.

Insbesondere ist der Aktuator dazu eingerichtet, die Leitschaufeln gegen die Vorspannung des VTG-Stellers in eine geöffnete Position zu verfahren, und/oder den Turbinenbypass gegen die Vorspannung des TBS-Stellers zu schließen.In particular, the actuator is set up to move the guide vanes into an open position against the preload of the VTG actuator and / or to close the turbine bypass against the preload of the TBS actuator.

Gemäß einer Ausführung ist der Aktuator dazu eingerichtet, sowohl die VTG als auch den Turbinenbypass gegen die jeweilige Vorspannung zu öffnen.According to one embodiment, the actuator is set up to open both the VTG and the turbine bypass against the respective bias.

Dadurch kann ein unbelasteter Zustand des Aktuators und trotzdem eine Katheizungs-geeigneter Ruhestellung (auch als Fail-Safe-Position) erreicht werden, insbesondere wenn die Vorspannung des VTG-Stellers die des TBS-Stellers übersteigt.As a result, an unloaded state of the actuator and nevertheless a rest position suitable for cat heating (also as a fail-safe position) can be achieved, especially if the preload of the VTG actuator exceeds that of the TBS actuator.

Insbesondere ist der Aktuator dazu eingerichtet, die Leitschaufeln gegen die Vorspannung des VTG-Stellers in eine geöffnete Position zu verfahren, und/oder den Turbinenbypass gegen die Vorspannung des TBS-Stellers zu öffnen.In particular, the actuator is set up to move the guide vanes into an open position against the preload of the VTG actuator and / or to open the turbine bypass against the preload of the TBS actuator.

Gemäß einer Ausführung ist die Vorspannung des VTG-Stellers, insbesondere viel, stärker als die Vorspannung des TBS-Stellers.According to one embodiment, the bias of the VTG actuator is, in particular, much stronger than the bias of the TBS actuator.

Dies ermöglicht - insbesondere bei darauf angepassten Auslenkspielen - eine Dominanz der VTG-Vorspannung über die TBS-Vorspannung mit dem Effekt, dass die VTG-Vorspannung ohne einen Einfluss des Aktuators den Turbinenbypass entgegen der Vorspannung des TBS-Stellers „aufzieht“, sprich öffnet.This enables the VTG pre-tensioning to dominate over the TBS pre-tensioning, with the effect that the VTG pre-tensioning "pulls", i.e. opens, the turbine bypass against the pre-tensioning of the TBS-actuator without any influence from the actuator.

Insbesondere ist die Vorspannung des VTG-Stellers mehr als doppelt so stärkt oder dreimal oder fünfmal oder zehnmal stärker ist als die Vorspannung des TBS-Stellers.In particular, the bias of the VTG actuator is more than twice as strong or three times or five times or ten times stronger than the bias of the TBS actuator.

Gemäß einer Ausführung wird der Aktuator zum Schließen des Turbinenbypasses angesteuert, wenn ermittelt wird, dass nicht, insbesondere nicht mehr, ein Katalysatorheizungsbetrieb als Betriebszustand vorliegt.According to one embodiment, the actuator for closing the turbine bypass is activated when it is determined that there is no, in particular no longer, a catalytic converter heating mode as the operating state.

Dadurch kann ein Ladedruck in der Abgasturboladeranordnung ohne Einfluss eines Bypass-Abgasstroms geregelt werden, wenn kein Katalysatorheizungsbetrieb nötig ist.As a result, a boost pressure in the exhaust gas turbocharger arrangement can be regulated without the influence of a bypass exhaust gas flow if no catalytic converter heating operation is necessary.

Beispielsweise wird ein Katalysatorheizungsbetrieb dann nicht mehr ermittelt, wenn seit dem Start des Motors eine vorbestimmte Zeit vergangen ist (sodass von einer ausreichend hohen Temperatur des Katalysators sicher ausgegangen werden kann) und/oder eine ausreichende Temperatur des Katalysators direkt gemessen und/oder mittels eines Betriebsmodells ermittelt wird.For example, a catalytic converter heating operation is no longer determined if a predetermined time has passed since the engine was started (so that a sufficiently high temperature of the catalytic converter can be safely assumed) and / or a sufficient temperature of the catalytic converter is measured directly and / or using an operating model is determined.

Gemäß einer Ausführung wird der Aktuator in einem Auslenkbereich betrieben, in welchem durch eine Auslenkung des Aktuators eine Stellung der VTG geändert werden kann, ohne einen vollständigen Verschluss des Turbinenbypasses aufzuheben, wenn als Betriebszustand ein Aufladungsbetrieb ermittelt wird.According to one embodiment, the actuator is operated in a deflection range in which a position of the VTG can be changed by deflecting the actuator without canceling a complete closure of the turbine bypass when a supercharging operation is determined as the operating state.

Indem auf diese Weise das Auslenkspiel des TBS-Stellers ausgenutzt wird, kann der Ladedruck der Abgasturbolader Anordnung rein über die VTG-Stellung geregelt werden, obwohl die Leitschaufeln mit dem gleichen Aktuator ausgelenkt werden wie das TB-Sperrmittel.By using the deflection play of the TBS actuator in this way, the boost pressure of the exhaust gas turbocharger arrangement can be regulated purely via the VTG position, although the guide vanes are deflected with the same actuator as the TB locking means.

Ein Aufladungsbetrieb kann beispielsweise aufgrund eines Betriebs der Brennkraftmaschine in einem höheren Drehzahlbereich und/oder einer Lastanforderung, beispielsweise durch den Fahrer, ermittelt werdenA supercharging operation can be determined, for example, on the basis of an operation of the internal combustion engine in a higher speed range and / or a load request, for example by the driver

Unter einem Auslenkbereich des Aktuators ist vorliegend insbesondere ein zusammenhängender Bereich der möglichen Ausstellung des bewegten Teils des Aktuators beim Stellen des VTG-Stellers und des TBS-Stellers zu verstehen.In the present case, a deflection area of the actuator is to be understood in particular as a coherent area of the possible exposure of the moving part of the actuator when the VTG actuator and the TBS actuator are set.

Gemäß einer Ausführung wird der Aktuator in einer Auslenkung betrieben, die eine maximal geöffnete Stellung der VTG, insbesondere der Leitschaufeln, bedingt, wenn als Betriebszustand ein Saugmotorbetrieb ermittelt wird.According to one embodiment, the actuator is operated in a deflection that causes a maximally open position of the VTG, in particular the guide vanes, when a naturally aspirated engine operation is determined as the operating state.

Indem auf diese Weise der Turbinenbypass geschlossen gehalten wird und die Turbine einen maximalen Abgasstrom ermöglicht, können die Gegendrücke im saugmotorischen Betrieb minimiert werden. Durch maximales Öffnen der VTG wird der Gegendruck und damit die Ladungswechselarbeit reduziert. Bei einer geeignet gewählten Turbinengeometrie muss es nicht erforderlich sein, zum ausreichend schnellen Gegendruckabbau zusätzlich den Turbinenbypass zu öffnen.By keeping the turbine bypass closed in this way and the turbine allowing a maximum flow of exhaust gas, the back pressures in naturally aspirated engine operation can be minimized. By opening the VTG to the maximum, the counter pressure and thus the gas exchange work is reduced. With a suitably selected turbine geometry, it does not have to be necessary to additionally open the turbine bypass in order to reduce the counterpressure sufficiently quickly.

Gemäß einer Ausführung wird der Aktuator zum Öffnen des Turbinenbypasses angesteuert, wenn als Betriebszustand ein Lastabwurfbetrieb ermittelt wird, in welchem insbesondere ein situativ zu hoher Gegendruck im Abgaskrümmer bzw. an der VTG abgebaut werden kann. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, wenn eine rasche Reduzierung der Lastanforderung an die Brennkraftmaschine auftritt.According to one embodiment, the actuator for opening the turbine bypass is activated when a load shedding mode is determined as the operating state, in which, in particular, an excessively high counterpressure in the exhaust manifold or at the VTG can be reduced. This may be necessary, for example, if there is a rapid reduction in the load requirement on the internal combustion engine.

Gemäß einer Ausführung wird zum Öffnen des Turbinenbypasses die Vorspannung des TBS-Stellers verändert, insbesondere hinsichtlich der Auslenkrichtung umgekehrt.According to one embodiment, the preload of the TBS actuator is changed to open the turbine bypass, in particular reversed with regard to the direction of deflection.

Dadurch kann unter Ausnutzung des Auslenkspiels des TBS-Stellers der Turbinenbypass geöffnet werden, ohne eine Stellung der VTG, insbesondere der Leitschaufeln, verändern zu müssen.As a result, the turbine bypass can be opened using the deflection play of the TBS actuator without having to change a position of the VTG, in particular the guide vanes.

Damit kann insbesondere auch ein Sonder-Betriebszustand zum Lastabwurf bei zu hohem Ladedruck im Abgaskrümmer realisiert werden.In this way, in particular, a special operating state for load shedding when the boost pressure in the exhaust manifold is too high can be implemented.

Insbesondere wird dazu eine Schaltung eines pneumatischen oder ein hydraulischen Federelements verändert.In particular, a circuit of a pneumatic or hydraulic spring element is changed for this purpose.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.

  • 1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Abgasturboladeranordnung gemäß einer Ausführung der Erfindung.
  • 2 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht eine Abgasturboladeranordnung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer ersten Betriebsposition.
  • 3 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht die Abgasturboladeranordnung aus 2 in einer zweiten Betriebsposition.
  • 4 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht eine Abgasturboladeranordnung gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer ersten Betriebsposition.
  • 5 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht die Abgasturboladeranordnung aus 4 in einer zweiten Betriebsposition.
Further advantages and possible applications of the invention emerge from the following description in connection with the figures.
  • 1 shows a schematic sectional view of an internal combustion engine of a motor vehicle with an exhaust gas turbocharger arrangement according to an embodiment of the invention.
  • 2 shows a sectional side view of an exhaust gas turbocharger arrangement according to a first exemplary embodiment of the invention in a first operating position.
  • 3 shows the exhaust gas turbocharger arrangement in a sectional side view 2 in a second operating position.
  • 4th shows a sectional side view of an exhaust gas turbocharger arrangement according to a second exemplary embodiment of the invention in a first operating position.
  • 5 shows the exhaust gas turbocharger arrangement in a sectional side view 4th in a second operating position.

In 1 ist eine Brennkraftmaschine 100 mit einer Ladegaszuführung und einer Abgasführung dargestellt. Im Ausführungsbeispiel ist die Brennkraftmaschine als turboaufgeladener 4-Zylinder-Motor ausgebildet und weist eine Abgasturboladeranordnung 102 mit einem Abgasturbolader 104 und einem Turbinenbypass 13 auf.In 1 is an internal combustion engine 100 shown with a charge gas supply and an exhaust gas duct. In the exemplary embodiment, the internal combustion engine is designed as a turbocharged 4-cylinder engine and has an exhaust gas turbocharger arrangement 102 with an exhaust gas turbocharger 104 and a turbine bypass 13th on.

Insoweit die Abgase durch den Turbinenbypass 13 anstatt durch eine Turbine des Abgasturboladers geleitet werden, können Sie einen motornahen Katalysator 108 besser auf seine minimale Betriebstemperatur bringen, weil der Weg durch den Turbinenbypass 13 mit einem geringeren Enthalpieverlust verbunden ist.To that extent the exhaust gases through the turbine bypass 13th Instead of being passed through a turbine of the exhaust gas turbocharger, you can use a close-coupled catalytic converter 108 better to bring it to its minimum operating temperature, because the way through the turbine bypass 13th is associated with a lower enthalpy loss.

Die Abgasturboladeranordnung 104 weist einen gemeinsamen Aktuator 20 zum Auslenken eines VTG-Stellers 5 (vgl. 2) für die Leitschaufeln 8 einer variablen Turbinengeometrie sowie eines TBS-Stellers für ein TB-Sperrmittel 11 im Turbinenbypass 13 auf.The exhaust gas turbocharger arrangement 104 has a common actuator 20th for deflecting a VTG actuator 5 (see. 2 ) for the guide vanes 8th a variable turbine geometry and a TBS actuator for a TB locking device 11 in the turbine bypass 13th on.

Die Turboladeranordnung 104 weist ferner eine Steuereinheit 110 auf, die gegebenenfalls als Teil einer Motorsteuerung und/oder einer Steuerung der Abgasnachbehandlung des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein kann. Die Steuereinheit 110 ist dazu eingerichtet, Inputparameter für die Ansteuerung des gemeinsamen Aktuators 20 aufzunehmen und zu verarbeiten, wie beispielsweise eines oder mehrere oder alle von: einer Lastanforderung an die Brennkraftmaschine 100; Sonderbetriebsanforderungen; Drücke und/oder Temperaturen der Frischluft und des Abgases; Drehzahlen der Brennkraftmaschine 100; Positionen von Aktuatoren der Brennkraftmaschine 100 und/oder der Abgasanlage wie beispielsweise auch des Aktuators 20; Limitierungen; Betriebsgrenzen etc.The turbocharger assembly 104 also has a control unit 110 on, which can optionally be designed as part of an engine control and / or a control of the exhaust gas aftertreatment of the motor vehicle. The control unit 110 is set up for this purpose, input parameters for the control of the common actuator 20th record and process, such as one or more or all of: a load request on the internal combustion engine 100 ; Special operating requirements; Pressures and / or temperatures of the fresh air and the exhaust gas; Speeds of the internal combustion engine 100 ; Positions of actuators of the internal combustion engine 100 and / or the exhaust system as well as the actuator, for example 20th ; Limitations; Operating limits etc.

Auf Basis der aufgenommenen Werte der im Einzelfall berücksichtigten Inputparameter ermittelte Steuereinheit 110 einen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs.Control unit determined on the basis of the recorded values of the input parameters taken into account in the individual case 110 an operating state of the motor vehicle.

Beispielsweise kann auf Basis einer niedrigen ermittelte Temperatur des Katalysators 108 in Verbindung mit einer niedrigen Lastanforderung an die Brennkraftmaschine in Verbindung mit einer niedrigen Drehzahl der Brennkraftmaschine 100 ermittelt werden, dass ein Katalysatorheizungsbetrieb als Betriebszustand vorliegt. In diesem Betriebszustand kann die Steuereinheit 110 den Aktuator 20 derart ansteuern, dass dieser die Leitschaufeln 8 der VTG in einen maximal geschlossene Zustand und die Klappe 11 des Turbinenbypasses 13 in ihre geöffnete Stellung verfährt. Dadurch kann ein maximaler Abgasmassenstrom über den kurzen Weg durch den Turbinenbypass realisiert und mehr Enthalpie zum Heizen des Katalysators eingebracht werden, die andernfalls auf dem längeren Weg durch die Turbine für die Heizung des Kats verloren gewesen wäre.For example, on the basis of a low determined temperature of the catalyst 108 in connection with a low load requirement on the internal combustion engine in connection with a low speed of the internal combustion engine 100 it can be determined that a catalyst heating mode is present as the operating state. In this operating state, the control unit 110 the actuator 20th so that it controls the guide vanes 8th the VTG in a maximally closed state and the flap 11 of the turbine bypass 13th moves into its open position. As a result, a maximum exhaust gas mass flow can be realized over the short path through the turbine bypass and more enthalpy can be introduced for heating the catalytic converter, which would otherwise have been lost on the longer path through the turbine for heating the catalytic converter.

Wird hingegen mittels der Steuereinheit 110 eine höhere Lastanforderung der Brennkraftmaschine 100 ermittelt, kann die Steuereinheit 110 daraus beispielsweise einen aufgeladenen Betrieb als Betriebszustand ermitteln. In diesem Betriebszustand kann die Steuereinheit 110 den Aktuator 20 derart ansteuern, dass dieser die Klappe 11 des Turbinenbypasses 13 in ihre geschlossene Stellung verfährt und die Leitschaufeln 8 der VTG in zur Ladedruckregelung geeignet variable angesteuert werden. Durch die Kombination der Langlöcher 4 und 9 ist dies problemlos möglich, ohne den Turbinenbypass 13 zu öffnen.If, however, by means of the control unit 110 a higher load requirement of the internal combustion engine 100 determined, the control unit 110 from this, for example, determine a charged operation as the operating state. In this operating state, the control unit 110 the actuator 20th control in such a way that this the flap 11 of the turbine bypass 13th moves into their closed position and the guide vanes 8th the VTG can be controlled in a variable manner suitable for boost pressure regulation. By combining the elongated holes 4th and 9 this is easily possible without the turbine bypass 13th to open.

Wird anstatt einer höheren Lastanforderung mittels der Steuereinheit 110 eine höhere Drehzahl der Brennkraftmaschine 100 ermittelt, kann die Steuereinheit 110 daraus beispielsweise einen saugmotorischen Betrieb als Betriebszustand ermitteln. In diesem Betriebszustand kann die Steuereinheit 110 den Aktuator 20 derart ansteuern, dass dieser die Leitschaufeln 8 der VTG in einen maximal geöffneten Zustand und die Klappe 11 des Turbinenbypasses 13 in ihre geschlossene Stellung verfährt.Is used instead of a higher load requirement by means of the control unit 110 a higher speed of the internal combustion engine 100 determined, the control unit 110 from this, for example, determine a naturally aspirated engine operation as the operating state. In this operating state, the control unit 110 the actuator 20th so that it controls the guide vanes 8th the VTG in a fully open state and the flap 11 of the turbine bypass 13th moves to its closed position.

Zum geeigneten Verfahren des Aktuators 20 sind in der Steuereinheit 110 Zusammenhänge zwischen einer Stellung des Aktuators einerseits und der damit jeweils verbundenen Stellung der Leitschaufeln 8 sowie der Klappe 11 andererseits hinterlegt. Wenn die Steuereinheit 110 auf Basis der betrachteten Inputparameter einen Betriebszustand ermittelt und daraus und ggf. aus den ermittelten Werten der Inputparameter geeignete Soll-Positionen für die Leitschaufeln 8 sowie für die Klappe 11 ermittelt, kann die Steuereinheit 110 mit den hinterlegten Zusammenhängen die benötigte Stellung des Aktuators 20 ermitteln und stellen.For the appropriate movement of the actuator 20th are in the control unit 110 Relationships between a position of the actuator on the one hand and the associated position of the guide vanes 8th as well as the flap 11 on the other hand deposited. When the control unit 110 an operating state is determined on the basis of the input parameters under consideration and suitable target positions for the guide vanes are determined from this and, if necessary, from the determined values of the input parameters 8th as well as for the flap 11 determined, the control unit 110 the required position of the actuator with the stored relationships 20th determine and provide.

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines kombinierten Aktuators 20 (ausgebildet als Linearsteller) für eine mit einem variablen Turbinenleitrad ausgebildete variable Turbinengeometrie (VTG) und für ein als Klappe ausgebildetes TB-Sperrmittel 11 eines Turbinenbypasses in einer ersten Betriebsposition. 2 shows a first embodiment of a combined actuator 20th (designed as a linear actuator) for a variable turbine geometry (VTG) designed with a variable turbine stator and for a TB locking means designed as a flap 11 a turbine bypass in a first operating position.

In einer ersten, in 2 dargestellten Betriebsposition, sind die Leitschaufeln 8 der VTG in einer maximal geöffneten Stellung; das TB-Sperrmittel 11 ist geschlossen.In a first, in 2 operating position shown are the guide vanes 8th the VTG in a fully open position; the TB blocking agent 11 is closed.

Der als Linearsteller ausgebildete Aktuator 20 verfügt über eine Verstellstange 1, die über ein geeignetes Lenkerelement 2 an einen Stellbolzen 3 angelenkt ist. Ein auf Zug vorgespanntes VTG-Federelement 6 sorgt dafür, dass sich der Stellbolzen auf der linken Seite in einem VTG-Langloch 4 des als Verstellring ausgebildeten VTG-Stellers 5 anlegt. Fährt der Aktuator und damit die Verstellstange 1 ein, wird gegen die Zugkraft des Federelements 6 der Verstellring 5 gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Die in einem Lagerring 7 gelagerten Leitschaufeln 8 der VTG werden dadurch in Richtung offen (hin zu einer geöffneten Stellung) gedreht. Der Stellbolzen 3 bewegt sich dabei in einem TB-Langloch 9 einer Verstellstange 10 des Turbinenbypasses 13. Das mit einer Klappe ausgebildete TB-Sperrventil 11 des Turbinenbypasses 13 wird dabei von einem auf Druck vorgespannten TB-Federelement 12 weiter in den Klappensitz 13 und damit in eine geschlossene Stellung des Turbinenbypasses 13 gedrückt.The actuator designed as a linear actuator 20th has an adjustment rod 1 that have a suitable link element 2 to an adjusting bolt 3 is hinged. A VTG spring element pretensioned on tension 6th ensures that the adjusting bolt is in a VTG slot on the left 4th of the VTG adjuster designed as an adjusting ring 5 applies. The actuator moves and with it the adjusting rod 1 one, is against the tensile force of the spring element 6th the adjustment ring 5 rotated counterclockwise. The one in a bearing ring 7th mounted guide vanes 8th the VTG are turned in the open direction (towards an open position). The adjusting bolt 3 moves in a TB slot 9 an adjusting rod 10 of the turbine bypass 13th . The TB shut-off valve designed with a flap 11 of the turbine bypass 13th is supported by a pressure-pre-tensioned TB spring element 12th further into the flap seat 13th and thus in a closed position of the turbine bypass 13th pressed.

Fährt der Linearsteller 20 aus der ersten Betriebsposition mit dem Zug des vorgespannten VTG-Federelements 6 aus, werden die Leitschaufeln 8 in Richtung geschlossen (hin zu einer geschlossenen Stellung) gedreht, bis sich ein Anschlag 14 des Verstellrings 5 an einen mechanischen Anschlag 15 anlegt, der fest an einem Gehäuse des Turboladers angeordnet ist. Dadurch ist der Verstellring 5 an der maximal geschlossenen Stellung der Leitschaufeln 8 arretiert. Die Klappe des Turbinenbypasses 13 wird zunächst weiter durch das TB-Federelement 12 in den Klappensitz 13 und damit in die geschlossene Stellung gedrückt.The linear actuator moves 20th from the first operating position by pulling the pre-tensioned VTG spring element 6th off, the guide vanes become 8th turned in the closed direction (towards a closed position) until a stop is located 14th of the adjustment ring 5 to a mechanical stop 15th applies, which is fixedly arranged on a housing of the turbocharger. This is the adjusting ring 5 at the maximum closed position of the guide vanes 8th locked. The flap of the turbine bypass 13th is initially continued by the TB spring element 12th in the flap seat 13th and thus pressed into the closed position.

3 zeigt das erste Ausführungsbeispiel des kombinierten Aktuators 20 aus 2 in einer zweiten Betriebsposition. In der zweiten Betriebsposition sind die Leitschaufeln 8 des VTG in einer maximal geschlossenen Stellung; das TB-Sperrmittel 11 ist geöffnet. 3 shows the first embodiment of the combined actuator 20th the end 2 in a second operating position. The guide vanes are in the second operating position 8th the VTG in a maximally closed position; the TB blocking agent 11 is opened.

In einer zweiten, in 3 dargestellten Betriebsposition sind die Leitschaufeln 8 nun in ihrer maximal geschlossen Stellung angeordnet. Denn fährt die Verstellstange 1 des Linearstellers 20 weiter aus, legt sich der Stellbolzen 3 am rechten Rand des Langlochs 9 der Verstellstange 10 des Turbinenbypasses 13 an und beginnt, die Verstellstange 10 des Turbinenbypasses 13 nach rechts gegen das auf Druck vorgespannte TB-Federelement 12 zu schieben.In a second, in 3 The operating position shown are the guide vanes 8th now arranged in their maximally closed position. Because moves the adjusting rod 1 of the linear actuator 20th further out, the adjusting bolt lies down 3 on the right edge of the elongated hole 9 the adjustment rod 10 of the turbine bypass 13th on and begins to move the adjustment rod 10 of the turbine bypass 13th to the right against the pressure-pretensioned TB spring element 12th to push.

Dabei ist die Verstellstange 10 des Turbinenbypasses 13 über ein Gelenk 17 an einem Zwischenhebel 16 befestigt. Der Zwischenhebel 16 ist wiederum an der in einer Lagerbuchse 18 gelagerte Achse 19 des Turbinenbypasses 13 befestigt und überträgt so die Drehbewegung um Hochachse (entspricht hier der Achse 19) der Klappe 11. Die Klappe 11 wird dadurch geöffnet. Die Drehbewegung ist senkrecht zur Zeichnungsebene und somit nicht direkt sichtbar. Die Verstellbewegung endet an einem mechanischen Anschlag 21. Der Stellbolzen 3 bewegt sich bei dieser Verstellung im Langloch 4 des Verstellrings 5.Here is the adjusting rod 10 of the turbine bypass 13th about a joint 17th on an intermediate lever 16 attached. The intermediate lever 16 is in turn on the one in a bearing bush 18th mounted axle 19th of the turbine bypass 13th attached and thus transmits the rotary movement around the vertical axis (here corresponds to the axis 19th ) the flap 11 . The flap 11 will open. The rotary movement is perpendicular to the plane of the drawing and therefore not directly visible. The adjustment movement ends at a mechanical stop 21 . The adjusting bolt 3 moves with this adjustment in the elongated hole 4th of the adjustment ring 5 .

Mit dieser Anordnung lassen sich bei funktionierendem Linearsteller die größten Massenströme über den Turbinenbypass darstellen, um so das Aufheizen des Katalysators zu beschleunigen.With this arrangement, the largest mass flows can be displayed via the turbine bypass when the linear actuator is functioning, in order to accelerate the heating of the catalytic converter.

In der dargestellten Anordnung zieht das Federelement 6 bei einem Ausfall des Linearstellers 20 den Verstellring 5 in die maximal geschlossene Stellung der Leitschaufels gemäß 3; das Federelement 12 würde - für sich - den Turbinenbypass aufgrund seiner Druck-Vorspannung in die Stellung „geschlossen“ drücken; allerdings liegt der Stellbolzen 3 aufgrund der Zugwirkung des VTG-Federelements 6 bereits auf der rechten Seite des TB-Langlochs 9 an, sodass die Klappe 11 in einer geöffneten Stellung des Turbinenbypasses 13 verbleibt. Damit ist auch in der Fail-Safe-Position ein Heizen des Katalysators 108 möglich.In the arrangement shown, the spring element pulls 6th if the linear actuator fails 20th the adjustment ring 5 in the maximally closed position of the guide vane according to 3 ; the spring element 12th would - by itself - push the turbine bypass into the "closed" position due to its pressure bias; however, the adjusting bolt lies 3 due to the tensile effect of the VTG spring element 6th already on the right side of the TB slot 9 so that the flap 11 in an open position of the turbine bypass 13th remains. This means that the catalytic converter is also heated in the fail-safe position 108 possible.

In einem nicht dargestellten, abgewandelten Ausführungsbeispiel mit einer anderen Auslegung der Federkräfte und Langlochlängen zieht das Federelement 12 aufgrund seiner Druckvorspannung sowohl die Klappe 11 in den Sitz 13 als auch den Verstellring 5 gegen die Zugkraft der Feder 6 in eine geöffnete Stellung. Diese Konfiguration ist zwar im Sinne der im vorherigen Absatz beschriebenen Fail-Safe-Position an sich nachteilhaft, kann aber eine vollständig geöffnete Stellung (VTG geöffnet und TBS geöffnet) der Abgasturboladeranordnung ermöglichen.In a modified embodiment, not shown, with a different design of the spring forces and elongated hole lengths, the spring element pulls 12th due to its pressure bias both the flap 11 in the seat 13th as well as the adjustment ring 5 against the tensile force of the spring 6th in an open position. This configuration is in accordance with that described in the previous paragraph Fail-safe position is disadvantageous in itself, but can enable a completely open position (VTG open and TBS open) of the exhaust gas turbocharger arrangement.

4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines kombinierten Aktuators 20 (ausgebildet als Linearsteller) für eine mit einem variablen Turbinenleitrad ausgebildete variable Turbinengeometrie (VTG) und für ein als Klappe ausgebildetes TB-Sperrmittel 11 eines Turbinenbypasses 13 in einer ersten Betriebsposition. 4th shows a second embodiment of a combined actuator 20th (designed as a linear actuator) for a variable turbine geometry (VTG) designed with a variable turbine stator and for a TB locking means designed as a flap 11 a turbine bypass 13th in a first operating position.

In einer ersten Betriebsposition sind die Leitschaufeln 8 des VTG in einer maximal geschlossenen Stellung; das TB-Sperrmittel 11 ist in einer geöffneten Stellung.The guide vanes are in a first operating position 8th the VTG in a maximally closed position; the TB blocking agent 11 is in an open position.

Damit ist auch der Turbinenbypass 13 geöffnet. Die Leitschaufeln 8 sind in dieser Anordnung in einer Ruhelage in der maximal geschlossen Stellung, da das auf Zug vorgespannte VTG-Federelement 6 den Verstellring 5 in den mechanischen Anschlag 15 zieht. Ein auf Zug vorgespanntes TB-Federelement 23 zieht über die Verstellstange 10 den Turbinenbypass 13 in die offene Stellung der Klappe 11. Die Öffnung des Turbinenbypasses 13 wird durch den mechanischen Anschlag 22 begrenzt.This also includes the turbine bypass 13th opened. The guide vanes 8th are in a rest position in the maximally closed position in this arrangement, since the VTG spring element is pre-tensioned 6th the adjustment ring 5 into the mechanical stop 15th pulls. A tensile pre-tensioned TB spring element 23 pulls over the adjustment rod 10 the turbine bypass 13th in the open position of the flap 11 . The opening of the turbine bypass 13th is made by the mechanical stop 22nd limited.

Fährt nun die Verstellstange 1 des Linearstellers 20 ein, drückt sie die Klappe 11 des Turbinenbypasses 13 über die Kinematik der Verbindungselemente 16, 17,19 mit der Verstellstange 10 in den Klappensitz 13. Der Turbinenbypass 13 ist geschlossen. Der Stellbolzen 3 macht dabei einen Leerweg im VTG-Langloch 4 des Verstellrings 5.Now moves the adjustment rod 1 of the linear actuator 20th a, she presses the flap 11 of the turbine bypass 13th via the kinematics of the connecting elements 16 , 17th , 19 with the adjustment rod 10 in the flap seat 13th . The turbine bypass 13th is closed. The adjusting bolt 3 makes a free travel in the VTG slot 4th of the adjustment ring 5 .

Fährt die Verstellstange 1 des Linearstellers 20 weiter ein, legt sie sich zunächst an die linke Seite des VTG-Langlochs 4 des Verstellrings 5 an.Moves the adjustment rod 1 of the linear actuator 20th further in, it first lies on the left side of the VTG elongated hole 4th of the adjustment ring 5 at.

5 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel des kombinierten Aktuators 20 in einer zweiten Betriebsposition. In der zweiten Betriebsposition sind die Leitschaufeln 8 der VTG in einer maximal geöffneten Stellung; das TB-Sperrmittel 11 ist geschlossen. 5 shows the second embodiment of the combined actuator 20th in a second operating position. The guide vanes are in the second operating position 8th the VTG in a fully open position; the TB blocking agent 11 is closed.

Hin zu einer zweiten, in 5 dargestellten Betriebsposition verfährt die Verstellstange 1 des Linearstellers 20 immer weiter, und damit auch die Stange10 und der Zwischenhebel 16. Da die Klappe 11 bereits im Sitz 13 anliegt, muss die weitere Einfahrbewegung der Stange 10 abgefangen werden, beispielsweise mittels einer Ausbildung der Achse 19 mit einer oder als eine, insbesondere geeignet dimensionierte/n, Torsionsfeder. Alternativ kann auch eine zusätzliche (nicht dargestellte) Feder als Verbindung zwischen dem Zwischenhebel 16 und der Achse 19 des Turbinenbypasses vorgesehen sein.Towards a second, in 5 The operating position shown moves the adjusting rod 1 of the linear actuator 20th on and on, and with it the rod10 and the intermediate lever 16 . There the flap 11 already in the seat 13th is applied, the further retraction movement of the rod must 10 be intercepted, for example by means of a training of the axis 19th with or as one, particularly suitably dimensioned, torsion spring. Alternatively, an additional spring (not shown) can be used as a connection between the intermediate lever 16 and the axis 19th the turbine bypass can be provided.

Beim weiteren Verfahren des Linearstellers 20 legt sich der Stellbolzen 3 auf der linken Seite des VTG-Langlochs 4 des Verstellrings 5 an und dreht die Leitschaufeln 8 über den Verstellring 5 in die geöffnete Stellung.When the linear actuator continues to move 20th the adjusting bolt lies down 3 on the left side of the VTG slot 4th of the adjustment ring 5 and turns the guide vanes 8th via the adjustment ring 5 in the open position.

Die maximal geöffnete Stellung der Leitschaufeln 8 kann durch einen mechanischen Anschlag 24 begrenzt werden.The maximum open position of the guide vanes 8th can by a mechanical stop 24 be limited.

In der dargestellten Anordnung zieht das VTG-Federelement 6 bei einem Ausfall des Linearstellers 20 den Verstellring 5 und damit die Leitschaufeln 8 in eine maximal geschlossene Stellung, wohingegen das TB-Federelement 23 aufgrund ihrer Zug-Vorspannung die Klappe 11 des Turbinenbypasses 13 in eine geöffnete Stellung zieht. Damit ist auch in der Fail-Safe-Position des zweiten Ausführungsbeispiels ein Heizen des Katalysators 108 möglich.In the arrangement shown, the VTG spring element pulls 6th if the linear actuator fails 20th the adjustment ring 5 and with it the guide vanes 8th in a maximally closed position, whereas the TB spring element 23 the flap due to its tension pretension 11 of the turbine bypass 13th pulls to an open position. This means that the catalytic converter is also heated in the fail-safe position of the second exemplary embodiment 108 possible.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Aktuatorsteller, insbesondere Verstellstange des LinearstellersActuator regulator, in particular adjusting rod of the linear actuator
22
LenkerelementLink element
33rd
Stellbolzen des AktuatorsAdjusting bolt of the actuator
44th
VTG-LanglochVTG slot
55
VTG-Steller, insbesondere VerstellringVTG actuator, especially adjusting ring
66th
VTG-Federelement (auf Zug vorgespannt)VTG spring element (pre-tensioned on tension)
77th
Lagerring der VTGVTG bearing ring
88th
LeitschaufelnGuide vanes
99
TB-LanglochTB slot
1010
TBS-Steller, insbesondere VerstellstangeTBS actuator, especially adjusting rod
1111
TB-Sperrmittel, insbesondere KlappeTB blocking means, especially flap
1212th
TB-Federelement (auf Druck vorgespannt)TB spring element (pre-tensioned under pressure)
1313th
Turbinenbypass, insbesondere dessen Sperrmittel- bzw. KlappensitzTurbine bypass, in particular its locking means or flap seat
1414th
Anschlag VerstellringAdjustment ring stop
1515th
mechanischer Anschlag geschlossene VTG-Stellungmechanical stop closed VTG position
1616
ZwischenhebelIntermediate lever
1717th
Gelenkjoint
1818th
Lagerbuchse TB-SperrmittelBearing bush TB locking means
1919th
Achse des TB-SperrmittelsAxis of the TB locking means
2020th
Aktuator, insbesondere LinearstellerActuator, especially linear actuator
2121
mechanischer Anschlag geöffnete TB-Stellungmechanical stop open TB position
2222nd
mechanischer Anschlag geöffnete TB-Stellungmechanical stop open TB position
2323
TB-Federelement (auf Zug vorgespannt)TB spring element (pre-tensioned)
2424
mechanischer Anschlag Verstellring offen (optional)mechanical stop adjustment ring open (optional)
3030th
Auslenkspiel des VTG-StellersDeflection play of the VTG actuator
3232
Auslenkspiel des TBS-StellersDeflection play of the TBS actuator
4040
Auslenkspiel des VTG-StellersDeflection play of the VTG actuator
4242
Auslenkspiel des TBS-Stellers Deflection play of the TBS actuator
100100
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
102102
AbgasturboladeranordnungExhaust gas turbocharger arrangement
104104
AbgasturboladerExhaust gas turbocharger
105105
Turbineturbine
106106
TurbinengehäuseTurbine housing
108108
motornaher Katalysatorclose-coupled catalytic converter
110110
SteuereinheitControl unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 112014004824 T5 [0006, 0008]DE 112014004824 T5 [0006, 0008]

Claims (15)

Abgasturboladeranordnung (102) für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (100), aufweisend - einen Abgasturbolader (104) mit einem Turbinengehäuse (106) und einer Turbine (105) mit einer variablen Turbinengeometrie, die mittels eines VTG-Stellers (5) veränderbar ist, - einen Turbinenbypass (13) zur Leitung von Abgas am Abgasturbolader vorbei und mit einem TB-Sperrmittel (11), das mittels eines TBS-Stellers (10) den Turbinenbypass blockieren oder freigeben kann, - einen Aktuator (20), der mit dem VTG-Steller und dem TBS-Steller jeweils unmittelbar oder mittelbar verbunden und dazu eingerichtet ist, den VTG-Steller und den TBS-Steller auszulenken, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator dazu eingerichtet ist, den VTG-Steller und den TBS-Steller so auszulenken, dass gleichzeitig die variable Turbinengeometrie geschlossen und der Turbinenbypass geöffnet ist.Exhaust gas turbocharger arrangement (102) for a motor vehicle with an internal combustion engine (100), comprising - an exhaust gas turbocharger (104) with a turbine housing (106) and a turbine (105) with a variable turbine geometry which can be changed by means of a VTG actuator (5), - A turbine bypass (13) for routing exhaust gas past the exhaust gas turbocharger and with a TB locking means (11) that can block or release the turbine bypass by means of a TBS actuator (10), - an actuator (20) that connects to the VTG Actuator and the TBS actuator are each directly or indirectly connected and set up to deflect the VTG actuator and the TBS actuator, characterized in that the actuator is set up to deflect the VTG actuator and the TBS actuator so, that the variable turbine geometry is closed and the turbine bypass is open at the same time. Abgasturboladeranordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung(en) des Aktuators mit dem VTG-Steller und/oder mit dem TBS-Steller, gegebenenfalls jeweils, mit einem Auslenkspiel (30, 32; 40, 42) in einer Auslenkrichtung ausgebildet sind, sodass einer der Steller im Rahmen des Auslenkspiels unabhängig von dem anderen Steller auslenkbar ist.Exhaust gas turbocharger arrangement according to Claim 1 , characterized in that the connection (s) of the actuator with the VTG actuator and / or with the TBS actuator, optionally in each case, are formed with a deflection play (30, 32; 40, 42) in a deflection direction so that one of the Actuator can be deflected independently of the other actuator within the framework of the deflection play. Abgasturboladeranordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslenkspiel des VTG-Stellers und/oder des TBS-Stellers, insbesondere jeweils oder gemeinsam, mittels einer Langlochanordnung (4, 9) ausgebildet ist.Exhaust gas turbocharger arrangement according to Claim 2 , characterized in that the deflection play of the VTG adjuster and / or the TBS adjuster, in particular in each case or together, is formed by means of an elongated hole arrangement (4, 9). Abgasturboladeranordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der VTG-Steller und der TBS-Steller jeweils mittels eines vorgespannten Federelements (6, 12, 23) an dem Turbinengehäuse abgestützt sind, wobei die Vorspannung entlang einer Richtung eines Verlaufs des jeweiligen Auslenkspiels wirksam ist.The exhaust gas turbocharger arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the VTG actuator and the TBS actuator are each supported on the turbine housing by means of a preloaded spring element (6, 12, 23), the preloading being effective along a direction of a course of the respective deflection play is. Abgasturboladeranordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannungen des VTG-Stellers und/oder des TBS-Stellers derart ausgebildet sind, dass das TB-Sperrmittel den Turbinenbypass freigibt und/oder die Leitschaufeln in eine maximal geschlossene Position verfahren, wenn mittels des Aktuators keine Aktuatorkraft aufgebracht wird.The exhaust gas turbocharger arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the biases of the VTG adjuster and / or the TBS adjuster are designed such that the TB blocking means releases the turbine bypass and / or move the guide vanes into a maximally closed position, if by means of of the actuator no actuator force is applied. Abgasturboladeranordnung gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator dazu eingerichtet ist, eines von der VTG und dem Turbinenbypass gegen die jeweilige Vorspannung zu öffnen und das andere gegen die Vorspannung zu schließen.Exhaust gas turbocharger arrangement according to one of the Claims 4 or 5 , characterized in that the actuator is set up to open one of the VTG and the turbine bypass against the respective bias and to close the other against the bias. Abgasturboladeranordnung gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator dazu eingerichtet ist, sowohl die VTG als auch den Turbinenbypass gegen die jeweilige Vorspannung zu öffnen.Exhaust gas turbocharger arrangement according to one of the Claims 4 or 5 , characterized in that the actuator is set up to open both the VTG and the turbine bypass against the respective bias. Abgasturboladeranordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung des VTG-Stellers, insbesondere viel, stärker ist als die Vorspannung des TBS-Stellers.Exhaust gas turbocharger arrangement according to Claim 7 , characterized in that the bias of the VTG actuator, in particular much, is stronger than the bias of the TBS actuator. Verfahren zum Betrieb einer Abgasturboladeranordnung (102) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend zumindest die Verfahrensschritte: - Ermitteln eines Betriebszustands des Kraftfahrzeugs, - Ansteuern des Aktuators (20) in Abhängigkeit von dem ermittelten Betriebszustand, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator zum Öffnen des Turbinenbypasses (13) angesteuert wird, wenn als Betriebszustand ein Katalysatorheizungsbetrieb ermittelt wird.Method for operating an exhaust gas turbocharger arrangement (102) according to one of the preceding claims, comprising at least the method steps: - determining an operating state of the motor vehicle, - controlling the actuator (20) as a function of the determined operating state, characterized in that the actuator for opening the turbine bypass (13) is activated when a catalyst heating mode is determined as the operating state. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator zum Schließen des Turbinenbypasses angesteuert wird, wenn ermittelt wird, dass nicht, insbesondere nicht mehr, ein Katalysatorheizungsbetrieb als Betriebszustand vorliegt.Procedure according to Claim 9 , characterized in that the actuator for closing the turbine bypass is activated when it is determined that there is no, in particular no longer, a catalytic converter heating mode as the operating state. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator in einem Auslenkbereich betrieben wird, in welchem durch eine Auslenkung des Aktuators eine Stellung der variablen Turbinengeometrie geändert werden kann, ohne einen vollständigen Verschluss des Turbinenbypasses aufzuheben, wenn als Betriebszustand ein Aufladungsbetrieb ermittelt wird.Method according to one of the Claims 9 or 10 , characterized in that the actuator is operated in a deflection range in which a position of the variable turbine geometry can be changed by deflecting the actuator without canceling a complete closure of the turbine bypass when a supercharging operation is determined as the operating state. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator in einer Auslenkung betrieben wird, die eine maximal geöffnete Stellung der VTG, insbesondere der Leitschaufeln, bedingt, wenn als Betriebszustand ein Saugmotorbetrieb ermittelt wird.Method according to one of the Claims 9 or 10 , characterized in that the actuator is operated in a deflection that causes a maximally open position of the VTG, in particular the guide vanes, when a naturally aspirated engine operation is determined as the operating state. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator zum Öffnen des Turbinenbypasses angesteuert wird, wenn als Betriebszustand ein Lastabwurfbetrieb ermittelt wird.Method according to one of the Claims 9 until 12th , characterized in that the actuator for opening the turbine bypass is activated when a load shedding mode is determined as the operating state. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Öffnen des Turbinenbypasses die Vorspannung des TBS-Stellers verändert, insbesondere hinsichtlich der Auslenkrichtung umgekehrt, wird.Procedure according to Claim 13 , characterized in that the preload of the TBS actuator is changed to open the turbine bypass, in particular reversed with regard to the direction of deflection. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dazu eine Schaltung eines pneumatischen oder ein hydraulischen Federelements verändert wird.Procedure according to Claim 14 , characterized in that a circuit of a pneumatic or hydraulic spring element is changed for this purpose.
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