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Die
Erfindung betrifft einen Abgasturbolader sowie ein Verfahren zum
Betreiben eines solchen Turboladers.
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Bei
herkömmlichen, nicht aufgeladenen Brennkraftmaschinen wird
beim Ansaugen von Luft ein Unterdruck im Ansaugtrakt erzeugt, der
mit wachsender Drehzahl des Motors ansteigt und die theoretisch
erreichbare Leistung des Motors begrenzt. Eine Möglichkeit,
dem entgegenzuwirken und damit eine Leistungssteigerung zu erzielen,
ist die Verwendung eines Abgasturboladers (ATL). Ein Abgasturbolader oder
kurz Turbolader ist ein Aufladesystem für eine Brennkraftmaschine,
mittels dem die Zylinder der Brennkraftmaschine mit einem erhöhten
Ladedruck beaufschlagt werden.
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Der
detaillierte Aufbau und die Funktionsweise ist allgemein bekannt
und beispielsweise beschrieben in der Druckschrift: "Aufladung
von PKW DI Ottomotoren mit Abgasturboladern mit variabler Turbinengeometrie",
Sep. 2006, Peter Schmalzl und wird daher nachfolgend nur
kurz erläutert. Ein Turbolader besteht aus einer Abgasturbine
im Abgasstrom (Abströmpfad), die über eine gemeinsame
Welle mit einem Verdichter im Ansaugtrakt (Anströmpfad)
verbunden ist. Die Turbine wird vom Abgasstrom des Motors in Rotation
versetzt und treibt so den Verdichter an. Der Verdichter erhöht
den Druck im Ansaugtrakt des Motors, sodass durch diese Verdichtung während
des Ansaugtaktes eine größere Menge Luft in die
Zylinder der Brennkraftmaschine gelang als bei einem herkömmlichen
Saugmotor. Damit steht mehr Sauerstoff zur Verbrennung zur Verfügung.
Durch den ansteigenden Mitteldruck des Motors wird das Drehmoment
und die Leistungsabgabe merklich erhöht. Das Zuführen
einer größeren Menge an Frischluft verbunden mit
dem einlassseitigen Verdichtungsprozess nennt man Aufladen. Da die
Energie für die Aufladung von der Turbine den schnell strömenden, sehr
heißen Abgasen entnommen wird, erhöht sich der
Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine.
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An
die ATLs werden hohe Anforderungen gestellt. Dies sind vor allem
die hohen Abgastemperaturen von bis über 1000°C
und den je nach Drehzahlbereich völlig unterschiedlichen
Gasmengen und die dadurch bedingten hohen maximalen Drehzahlen bis zu
300.000 Umdrehungen je Minute. Um den Einsatzbereich des Turboladers
und das Ansprechverhalten zu verbessern werden u. a. mehrflutige
Einlasskanäle wie beispielsweise das eines Doppelstromgehäuses
oder auch das eines Zwillingsstromgehäuses verwendet. Eine
derartige radiale Turbinenform ist beispielsweise aus der Druckschrift: "Aufladung
von PKW DI Ottomotoren mit Abgasturboladern mit variabler Turbinengeometrie",
Sep. 2006, von Peter Schmalzl bekannt. Bei der offenbarten
radialen Turbine wird eine variable Turbinengeometrie (VTG) beispielsweise
in Form von verstellbaren Leitschaufeln verwendet. Dabei sind die
drehbaren Leitschaufeln konzentrisch gleichmäßig
beabstandet um das Turbinenrad angeordnet. Nachteil einer derartigen
Konstruktion ist, dass diese einen hohen konstruktiven Aufwand erfordert
und die Zuverlässigkeit der Turbine verringert. Des Weiteren
kommt es je nach Stellung der Leitschaufeln zu erheblichen Leistungsverlusten
in der Turbine.
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Ferner
wird bei einem Turbolader mit fester Turbinengeometrie insbesondere
um das Ansprechverhalten im unteren Drehzahlbereich zu verbessern und
ein so genanntes "Turboloch" möglichst zu unterdrücken,
der Kanalquerschnitt des Turbineneinlasses relativ klein gewählt.
Dies führt dazu, um die hohen Abgasströmen im
oberen Drehzahlbereich bewältigen zu können, dass
ein Bypass oder "wastegate" geöffnet werden muss. Hierdurch
kann sich der sich der Gesamtwirkungsgrad der Turbine verringern.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile
zu verringern.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch einen Turbolader mit den Merkmalen des Patentanspruch
1, und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
13 gelöst.
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Demgemäß ist
vorgesehen:
- – Turbolader für
ein oder in einem Kraftfahrzeug mit einem wenigstens einem Turbinenrad
und einer wenigstens zweiflutigen Gasstromzuführung mit
einem ersten Einlasskanal und wenigstens einen zweiten Einlasskanal,
wobei eine Gasmengenverteilvorrichtung vorgesehen ist, die den von einer
Brennkraftmaschine abströmenden Gesamtgasstrom auf die
beiden Einlasskanäle verteilt.
- – Ein Verfahren zur Steuerung eines Turboladers mittels
einer Gasmengenverteilvorrichtung bereitzustellen, mittels der eine
Verteilung des Gasstroms zwischen den beiden Einlasskanälen
bewirkt wird.
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Die
der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht darin,
im Abströmpfad einer Brennkraftmaschine, das heißt
auf der Turbinenseite eines wenigstens zweiflutigen Turboladers,
eine Vorrichtung bereitzustellen mit der ein ankommende Gasstrom
zwischen dem ersten und wenigstens zweiten Einlasskanal verteilt
wird. Auf diese Weise ist es möglich, je nach Drehzahl
der Brennkraftmaschine, den Gasstrom vorwiegend auf den ersten,
den zweiten oder auf beide oder auf weitere Einlasskanäle
zu leiten. Da die Einlasskanäle im Allgemeinen spiralförmig
um das Turbinerad angeordnet sind, lässt sich auch bei
einer vergleichsweise geringen Gasmenge, insbesondere wenn vorwiegend
nur ein Einlasskanal mit Gas beaufschlagt wird, genügend
kinetische Energie aus dem Abgas auf das Turbinenrad übertragen
und damit den Wirkungsgrad im unteren Drehzahlbereich der Turbine
steigern. Damit lässt sich der Bereich des Auftretens eines
Turbolochs verringern. In hohen Drehzahlbereichen und bei hohen
Gasströmen lassen sich beide Einlasskanäle mit Gas
beaufschlagen. Bei entsprechender Dimensionierung der Einlasskanäle,
wobei insbesondere die lichte Weite des ersten Einlasskanals von
der lichten Weite des zweiten Einlasskanals abweichen kann und vorzugsweise
geringer ist, haben Untersuchungen der Anmelderin gezeigt, dass sich
auch im oberen Drehzahlbereich der gesamte Gasstrom über
die Turbine leiten lässt. Ein Vorteil ist, dass sich somit
im Abströmpfad ein Bypass oder "wastegate" vermeiden lässt
und der Gesamtwirkungsgrad der Turbine erhöht wird. Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist es, dass die an unterschiedliche Drehzahlen angepasste Gaszuführung
ohne bewegliche Leitschaufeln erreicht wird und sich die Zuverlässigkeit
der Turbine erhöht.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau
mit den Zeichnungen.
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In
einer typischen Ausgestaltung des Turboladers ist die Gasstromzuführung
für das Turbinenrad als Zwillingsstromzuführung
oder als Doppelstromzuführung ausgebildet. Ein Vorteil
ist, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung auch
bei Einlasskanalanordnungen verwendbar ist, bei denen sich der Gasstrom
auf mehr als zwei Einlasskanäle aufteilen lässt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Gasmengenverteilvorrichtung
als eine aktiv steuerbare Vorrichtung, insbesondere als Aktuatorvorrichtung
ausgebildet, wobei in einer weiteren Ausgestaltung die Aktuatorvorrichtung
am Eingang des wenigstens zweiflutigen Einlasskanals angeordnet
ist.
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In
einer alternativen Ausgestaltung ist die Aktuatorvorrichtung an
der Stirnseite eines Mittelstegs zwischen dem ersten Einlasskanal
und dem zweiten Einlasskanal angeordnet.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist die Gasmengenverteilvorrichtung
als eine passive Vorrichtung ausgebildet, die wenigstens eine Strömungsbarriere
umfasst. In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
ist die Strömungsbarriere unmittelbar vor dem Beginn des
wenigstens zweikanaligen Einlassbereichs angeordnet. Und in einer
anderen Ausgestaltung weist die Strömungsbarriere eine
Höhe Z und einen Abstand x zum Mittelsteg auf.
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In
einer anderen Ausführungsform umfasst die Gasmengenverteilvorrichtung
eine steuerbare Vorrichtung, insbesondere Aktuatorvorrichtung, und eine
passive Vorrichtung, insbesondere eine Strömungsbarriere.
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In
einer typischen Ausführungsform ist der erste Einlasskanal
mit dem zweiten Einlasskanal durch eine Vielzahl von Öffnungen
verbunden. In einer weiteren Ausgestaltung ist wenigstens eine der Öffnungen
als Durchlass zwischen zwei als Gasleitschaufeln ausgebildeten Stegen
ausgebildet. In einer anderen typischen Ausgestaltung weisen die
Gasleitschaufeln im Querschnitt ein tragflächenartiges
Profil auf, um ein Teil des im zweiten Einlasskanal fließenden
Gasstroms in den ersten Kanal zu leiten.
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Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben
eines Turboladers wird mittels der Gasmengenverteilvorrichtung eine
Verteilung des Gasstroms zwischen den beiden Einlasskanälen
bewirkt.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird in einer ersten Betriebsart
bei geringen Gasmengenströmen der zweite Einlasskanal mittels der
Gasmengenverteilungsvorrichtung mit einer im Vergleich zu einer
zweiten Betriebsart mit großen Gasmengenströmen
geringeren Gasmenge beaufschlagt.
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In
einer alternativen Ausgestaltung wird in der ersten Betriebsart
bei geringen Gasmengenströmen der zweite Einlasskanal mittels
der Gasmengenverteilungsvorrichtung verschlossen und in der zweiten
Betriebsart bei großen Gasmengenströmen der zweite
Einlasskanal geöffnet.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an Hand der in den Figuren der Zeichnungen
angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen dabei:
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1a einen
Aufriss eines Doppelstromturboladers mit einem erfindungsgemäßen
Einlasskanal;
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1b einen
Aufriss eines Zwillingsstromturboladers mit einem erfindungsgemäßen
Einlasskanal;
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2 eine
schematische Draufsicht auf eines Doppelstromturbinengehäuse
mit erfindungsgemäßen Einlasskanälen
und einer aktiven Gasmengenverteilvorrichtung;
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3 eine
schematische Draufsicht auf das Doppelstromturbinengehäuse
mit einer passiven Gasmengenverteilvorrichtung;
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4 eine
schematische Draufsicht auf das Doppelstromturbinengehäuse
mit einer aktiven und passiven Gasmengenverteilvorrichtung;
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5a eine
schematische Darstellung einer Doppelstromturbine gemäß dem
Stand der Technik;
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5b eine
schematische Darstellung einer Zwillingsstromturbine gemäß dem
Stand der Technik;
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In
den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente, Merkmale
und Größen – sofern nichts Abweichendes
angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1a zeigt
einen Aufriss eines Doppelstromabgasturboladers 102 mit
einer erfindungsgemäßen Turbine 118 und
einem Verdichter 116. Innerhalb eines Turbinengehäuses 106 der
Turbine 118 ist ein Turbinenrad 108 drehbar gelagert
und mit einem Ende einer Welle 110 verbunden. Innerhalb
des Verdichtergehäuses 100 des Verdichters 116 ist
eine Verdichterrad 104 ebenfalls drehbar gelagert und mit dem
anderen Ende der Welle 110 verbunden. Über einen
Turbineneinlass 112 wird heißes Abgas von einem
hier nicht dargestellten Verbrennungsmotor in die Turbine 118 eingelassen,
wodurch das Turbinerad 118 in Drehung versetzt wird. Der
Abgasstrom verlässt die Turbine 118 durch einen
Turbinenauslass 114. Über die Welle 110,
die das Turbinerad 108 an das Verdichterrad 104 koppelt,
treibt die Turbine 118 den Verdichter 116 an.
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Ausgehend
von dem Turbineneinlass 112 teilt sich das Turbinengehäuse 106 in
einen ersten Einlasskanal 202 und einen zweiten Einlasskanal 204 auf.
Zwischen den beiden Einlasskanälen 202, 204 ist
ein horizontaler Mittelsteg 206 ausgebildet. Kurz nach
dem Turbineneinlass 112 wird über eine Gasmengenverteilvorrichtung 212 das
von der Brennkraftmaschine abströmende Gasstrom auf die Einlasskanäle 202, 204 aufgeteilt.
Das Größenverhältnis der lichten Weiten
der Einlasskanäle 202, 204 und die Lage
des Mittelstegs 206 bestimmt sich aus dem Verhältnis
der beiden Abstände y1/y2. Durch den Mittelsteg 206 wird
der Abgasstrom turbineneingangsseitig in zwei Teile unterteilt.
Der Mittelsteg 206 weist nach einer kurzen Wegstrecke Öffnungen 208 durch
die der Abgasstrom von dem Einlasskanal 204, der an der
von dem Turbinenrad 108 abgewandten Seite des ersten Einlasskanals 202 angeordnet
ist, zum ersten Einlasskanal 202 geleitet werden kann. Durch
die schneckenförmige Anordnung der Einlasskanäle 202, 204 wird
der Gasstrom auf des Turbinenrad 108 geleitet. Innerhalb
einer Umdrehung nimmt die lichte Weite der beiden Einlasskanäle 202, 204 nahezu
auf Null ab.
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1b zeigt
einen Aufriss eines Zwillingsstromabgasturboladers 102 mit
einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Turbine 118. Ausgehend von dem Turbineneinlass 112 teilt
sich das Turbinengehäuse 106 in einen ersten Einlasskanal 202 und
einen zweiten Einlasskanal 204 auf. Kurz nach dem Turbineneinlass 112 wird über
eine Gasmengenverteilvorrichtung 212 das von der Brennkraftmaschine
abströmende Gasstrom auf die Einlasskanäle 202, 204 aufgeteilt.
Zwischen den beiden Einlasskanälen 202, 204 ist
ein Mittelsteg 206 in vertikaler Richtung ausgebildet.
Das Größenverhältnis der lichten Weiten
der Einlasskanäle 202, 204 und die Lage
und Ausformung des Mittelstegs 206 bestimmt sich aus dem
Verhältnis der beiden Abstände y1/y2. Durch den
vertikalen Mittelsteg 206 wird der Abgasstrom turbineneingangsseitig
in zwei Teile unterteilt. Der Mittelsteg 206 weist vorzugsweise
nach einer kurzen Wegstrecke ein oder mehrere Öffnungen 208 auf,
durch die der Abgasstrom von dem zweiten Einlasskanal 204 zum
ersten Einlasskanal 202 geleitet werden kann. Ebenfalls
ist es möglich der Abgasstrom von dem ersten Einlasskanal 202 in den
zweiten Einlasskanal 204 zu leiten. Durch die schneckenförmige
Anordnung der Einlasskanäle 202, 204 wird
der Gasstrom auf des Turbinenrad 108 geleitet. Innerhalb
einer Umdrehung nimmt die lichte Weite der beiden Einlasskanäle 202, 204 nahezu
auf Null ab.
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5a zeigt
eine schematische Draufsicht einer Doppelstromturbine 119 gemäß dem
Stand der Technik. Das Turbinengehäuse 106 teilt
sich in den innenliegenden ersten Einlasskanal 202 und
in den außenliegenden zweiten Einlasskanal 204.
Beide Einlasskanäle 202, 204 sind durch
einen geschlossenen Mittelsteg 206 entlang ihrer gesamten
Erstreckung gegeneinander getrennt. Die lichte Weite des innenliegenden
ersten Einlasskanals 202 nimmt innerhalb eines ersten Halbkreises
ausgehend im Uhrzeigersinn von der Linie A zur Line A' fast vollständig auf
Null ab. Entlang dieser Strecke bleibt die lichte Weite des zweiten
Einlasskanals 204 nahezu konstant. Nachfolgend nimmt im
Uhrzeigersinn ausgehend von der Linie A' hin zu Linie A die lichte
Weite des außenliegenden zweiten Kanals 204 gleichfalls nahezu
vollständig auf Null ab.
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5b zeigt
eine schematische Draufsicht einer Zwillingsstromturbine 120 gemäß dem
Stand der Technik. Das Turbinengehäuse 106 teilt
sich in den ersten Einlasskanal 202 und in den zweiten
Einlasskanal 204. Beide Einlasskanäle 202, 204 sind durch
einen geschlossenen Mittelsteg 206 entlang ihrer gesamten
Erstreckung gegeneinander getrennt. Die lichte Weite der beiden
Einlasskanäle 202, 204 nimmt entlang
der auf das Turbinenrad 108 gerichteten Spirale fast vollständig
auf Null ab.
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Die 2 zeigt
eine schematische Draufsicht auf das Turbi nengehäuse 106 einer
Doppelstromturbine mit zwei Einlasskanälen 202, 204.
Gegenüber der Doppelstromturbine aus der 5 wickeln
sich beide Einlasskanäle 202, 204 mit
einer abnehmenden lichten Weite im Uhrzeigersinn spiralförmig
um das Turbinenrad 108. Der Gasstrom kurz nach dem Turbineneinlass 112 mittels
einer Gasmengenverteilvorrichtung 212 zwischen dem ersten
Einlasskanal 202 und dem zweiten Einlasskanal 204 verteilt.
Hierzu weist die Gasmengenverteilvorrichtung 212 einer
gesteuerten Aktuatorvorrichtung 216 mit einer Klappe 214 auf,
durch die sich einer der beiden Einlasskanäle 202, 204 verschließen
lässt. Vorzugsweise verbleibt in den niedrigen Drehzahlbereichen
d. h. bei verhältnismäßig geringen Gasmengenströme
der zweite Einlasskanal 204 verschlossen. Ferner lässt
sich in einem mittleren Drehzahlbereich den ersten Einlasskanal 202 verschließen.
Im hohen Drehzahlbereich d. h. bei hohen Gasmengenströmen befindet
sich die Klappe 214 in einer Mittelstellung, sodass beide
Einlasskanäle 202, 204 mit Gas durchströmt
werden. Durch den Mittelsteg 206 am Turbineneinlass 112 wird
der Einlasskanal in den ersten Einlasskanal 202 und einen
zweiten Einlasskanal 204 unterteilt. Das Größenverhältnis
der Einlasskanäle 202, 204 und die Lage
des Mittelstegs 206 bestimmt sich aus dem Verhältnis
der beiden Abstände y1/y2. Vorzugsweise geht der geschlossene
Mittelsteg 206 ab einer Linie B in eine Vielzahl von Öffnungen 208 und
einzelnen feststehende Gasleitschaufeln 210 unterteilte
offene Struktur über. Das Profil der einzelnen Gasleitschaufeln 210 ist
derart ausgeformt, dass Gas aus dem zweiten Einlasskanal 204 durch
die Öffnungen 208 in den ersten Einlasskanal 202 geleitet
wird. Die einzelnen Gasleitschaufeln 210 weisen dabei im
Querschnitt vorzugsweise ein tragflächenflügelartiges
Profil auf. Dabei lässt sich durch die Ausformung der Gasleitschaufeln 210 die
Höhe der Einströmung von dem zweiten Einlasskanal 204 in
den ersten Einlasskanal 202 bestimmen. Durch das tragflächenartige
Profil der Gasleitschaufeln 210 wird der heiße
Gasstrom abgelenkt und strömt nahezu mit dem Winkel des
Endes der Gasleitschaufeln in den Kanal 202 ein. Mit der
Aufteilung des Gasstroms auf die Einlasskanäle 202, 204 und
der Winkelstellung der einzelnen Gasleitschaufeln 210 lässt
sich damit bei einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit
die Menge des Gases das von dem zweiten Einlasskanal 204 in
den ersten Einlasskanal 202 einströmt, bestimmen.
Des Weiteren wird durch die Impulserhaltung der Gasmoleküle
die Größe der Einströmung in Richtung
der Turbinenachse beeinflusst.
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Ein
Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist
es, dass durch die besondere Ausbildung der Einlasskanäle
und der Gasmengenverteilvorrichtung die Größe
des Einlasskanals ausreichend auch für große Drehzahlbereiche
dimensioniert werden kann, ohne dass bei kleinen Gasmengenströmen
das Ansprechverhalten der Turbine verschlechtert wird. Ein Bypass
oder "wastegate" lässt sich vermeiden. Ein weiterer Vorteil
ist, dass eine Vielzahl von beweglichen Gasleitschaufeln entfallen.
Damit erhöht sich neben dem Gesamtwirkungsgrad der Turbine
auch die Zuverlässigkeit.
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3 zeigt
eine schematische Draufsicht auf eine Doppelstromturbine gemäß einer
anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Kurz nach dem Turbineneinlass 112 wird der Gasstrom mittels einer
passiven Gasmengenverteilvorrichtung 212 zwischen dem ersten
Einlasskanal 202 und dem zweiten Einlasskanal 204 verteilt.
Hierzu umfasst die Gasmengenverteilvorrichtung 212 wenigstens
eine Strömungsbarriere 218, 220, die
vorzugsweise an der Seite vor dem Einlasskanal 202 angeordnet
ist, und eine geschwindigkeitsabhängige bzw. drehzahlabhängige
Verteilung des Gasstroms zwischen den beiden Einlasskanälen 202, 204 bewirkt.
Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass es je nach Anzahl
und Größe der Einlasskanäle hinreichend
ist, mit nur einer Strömungsbarriere den Gasstrom auf die
Einlasskanäle zu verteilen. Die Strömungsbarrieren 218, 220 weisen
eine Höhe Z1 bzw. Z2 auf und sind mit einem Abstand X vor
dem Mittelssteg 206 angeordnet. Durch den Mittelsteg 206 am Turbineneinlass 112 wird
der Einlasskanal in den ersten Einlasskanal 202 und einen
zweiten Einlasskanal 204 geteilt. Das Größenverhältnis
der Einlasskanäle 202, 204 und die Lage
des Mittelstegs 206 bestimmt sich wiederum aus dem Verhältnis
der beiden Abstände y1/Y2. Die dadurch er reichte Aufteilung
des Gasstromes ist in erster Näherung nicht von der Geschwindigkeit
des Gasstromes abhängig. Jedoch wird durch den stark tragflächenflügelartigen
Querschnitt der Gasleitschaufeln 210 und deren relativ großen
Anstellwinkel a der Gasstrom aus dem zweiten Einlasskanal in besonders
hohem Maße in den ersten Einlasskanal geleitet. Hierdurch
erfährt der Gasstrom eine besonders hohe Geschwindigkeitskomponente
in Richtung der Turbinendrehachse. Verstärkt wird dies
durch die besonders große Abnahme der lichten Weite der
Einlasskanäle 202, 204 entlang der spiralförmigen
Erstreckung. Damit wird das Turbinerad 108 auf einer kurzen
radialen Strecke mit dem gesamten Gasstrom beaufschlagt.
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Untersuchungen
der Anmelderin haben gezeigt, dass neben der geometrischen Form
der Barrieren und dem Abstand X, insbesondere die Höhen Z1
bzw. Z2 zusammen mit dem Verhältnis von y1 zu y2 einen
wesentlichen Einfluss auf die strömungsabhängige
Verteilung des Gasflusses ausüben. Es zeigte sich, dass
bei geringen Gasströmgeschwindigkeiten sich an den Strömungsbarrieren 216, 218 eine
Strömung ausbildet, die keine Ablösung aufweist.
Damit wird die Aufteilung des Gasstroms im Wesentlichen durch das
Größenverhältnis der beiden Abstände
y1 und y2 bewirkt. Bei höheren Gasgeschwindigkeiten kommt
es zu einer Ablösung des Flusses an den Kanten der Strömungsbarrieren. Durch
die Höhen Z1 und Z2 der Strömungsbarrieren 218, 220 lässt
sich eine unterschiedliche Beaufschlagung der beiden Einlasskanäle 202, 204 erzielen. Untersuchungen
der Anmelderin haben gezeigt, dass es je nach Dimensionierung der
Einlasskanäle und des Verhältnisses von y1/y2
eine einzige Strömungsbarriere 218 ausreicht,
um eine gewünschte Verteilung des Gasstromes zu erzielen.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist es, dass eine Verteilung des Gasstroms in Abhängigkeit
des Drehzahlbereiches ohne bewegliche Elemente gelingt. Hierdurch
wird in besonders vorteilhafter Weise die Zuverlässigkeit
der Turbine in besonderem Maße erhöht und das
Ansprechverhalten der Turbine im unteren Drehzahlbereich, bei der
vorzugsweise eine nicht ablösende Strömung gegeben
ist, verbessert.
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4 zeigt
eine schematische Draufsicht einer Turbine gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
In der dargestellten Ausführungsform wird der Gasstrom
kurz nach dem Turbineneinlass 112 mittels einer Gasmengenverteilvorrichtung 212 die
sowohl eine aktive Verteilvorrichtung 214, 216,
entsprechend der in der 2 gezeigten Ausführungsform
aufweist, als auch eine passive Vorrichtung 218, 220,
entsprechend der in der 3 dargestellten Ausführungsform
umfasst, durchgeführt. Es sei darauf hingewiesen, dass
bei der passiven Vorrichtung es hinreichend sein kann, nur eine untere
Strömungsbarriere 218 auszubilden. Durch die Kombination
von aktiver und passiver Gasmengenverteilvorrichtung 212 und
dem Verhältnis der Abstände Y1, Y2, die die Lage
des Mittelsteges 206 und damit das Größenverhältnis
von Einlasskanal 202 und Einlasskanal 204 bestimmen,
ist es möglich die Gasmenge je nach Drehzahlverhältnis
wirkungsvoll zu verteilen. Hierdurch lässt sich der Einsatzbereich der
Turbine weiter erhöhen.
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Untersuchungen
der Anmelderin haben gezeigt, dass sich der durch die vorgenannten
Ausführungsformen die Zuverlässigkeit und Wirkungsgrad der
Turbine steigern lassen. Insbesondere können die beweglichen
Gasleitschaufeln um das Turbinenrad entfallen. Bei hohen Drehzahlbereichen
lässt sich aufgrund der Möglichkeit einer ausreichenden
Dimensionierung der Einlasskanäle der gesamte Gasstrom
durch die Turbine leiten. Die Ausbildung eines "wastegate" kann
entfallen.
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Obwohl
in den vorstehenden Ausführungsbeispielen die Gasmengenverteilvorrichtung
vorzugsweise bei einer Doppelstromturbine erläutert wird,
sei darauf hingewiesen, dass eine derartige Vorrichtung auch bei
einer Zwillingsstromturbine zur Verteilung des Gasstroms auf den
ersten oder zweiten Einlasskanal eingesetzt werden kann. Ferner lässt
sich durch Öffnungen zwischen dem ersten und dem zweiten
Einlasskanal auch bei einer Zwillingsstromturbine ein Austausch
des Gasstroms zwischen den Einlasskanälen durchführen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - "Aufladung
von PKW DI Ottomotoren mit Abgasturboladern mit variabler Turbinengeometrie", Sep.
2006, Peter Schmalzl [0003]
- - "Aufladung von PKW DI Ottomotoren mit Abgasturboladern mit
variabler Turbinengeometrie", Sep. 2006, von Peter Schmalzl [0004]