DE102008063656A1 - turbocharger - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader (118) für eine Verbrennungskraftmaschine (112) mit einem Turbinenrad (22), bei welchem in einem Turbinenradaustrittsbereich (30) eine erste Verstellvorrichtung (28), insbesondere ein Konusschieber (28), zur variablen Einstellung einer Turbinenradaustrittsströmungsfläche angeordnet ist, wobei in einem Turbinenradeintrittsbereich (26) eine zweite Verstellvorrichtung (24) zur variablen Einstellung einer Turbinenradeintrittsströmungsfläche angeordnet ist, sowie ein Verfahren für einen Abgasturbolader (118) für eine Verbrennungskraftmaschine (112) mit einem Turbinenrad (22), bei welchem mittels einer ersten, in einem Turbinenradaustrittsbereich (30) angeordneten Verstellvorrichtung (28) eine Turbinenradaustrittsströmungsfläche in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Abgasturboladers (118) variabel eingestellt wird, wobei mittels einer zweiten, in einem Turbinenradeintrittsbereich (26) angeordneten Verstellvorrichtung (24) eine Turbinenradeintrittsströmungsfläche in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Abgasturboladers (118) variabel eingestellt wird. Aufgrund der weiter steigenden Anforderungen an die Reduktion der Verbrauchs- und Emissionswerte der aufgeladenen Fahrzeug-Motoren werden die zukünftigen Entwicklungsaktivitäten verstärkt auf eine Vollvariabilität der Abgasturboladerturbinen hinauslaufen.The invention relates to an exhaust-gas turbocharger (118) for an internal combustion engine (112) with a turbine wheel (22), in which a first adjustment device (28), in particular a conical slide (28), is arranged in a turbine wheel outlet region (30) for variably setting a turbine wheel outlet flow surface in which a second adjusting device (24) for variably setting a turbine wheel inlet flow area is arranged in a turbine wheel inlet region (26), and a method for an exhaust gas turbocharger (118) for an internal combustion engine (112) having a turbine wheel (22), in which by means of a first, in a turbine wheel outlet region (30) arranged adjusting device (28) a Turbinenradaustrittsströmungsfläche depending on operating parameters of the exhaust gas turbocharger (118) is variably adjusted, wherein by means of a second, in a turbine wheel inlet region (26) arranged adjusting device (24) a turbine Enradeintrittsströmungsfläche is set variably in dependence on operating parameters of the exhaust gas turbocharger (118). Due to the further increasing demands on the reduction of the consumption and emission values of the supercharged vehicle engines, the future development activities will increasingly result in a full variability of the turbocharger turbines.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie ein Verfahren für einen Abgasturbolader nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 10. Die Erfindung betrifft zudem eine Verbrennungskraftmaschine nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 14.The The invention relates to an exhaust gas turbocharger according to the preamble of Claim 1, and a method for an exhaust gas turbocharger after The preamble of claim 10. The invention also relates an internal combustion engine according to the preamble of claim 14th

Bereits bekannt sind Abgasturbolader, die in einem Turbinenradeintrittsbereich variable Verstellvorrichtungen zur Einstellung von Strömungsparametern aufweisen.Already Exhaust gas turbochargers, which are in a turbine wheel inlet area, are known variable adjustment devices for setting flow parameters exhibit.

Eine derartige Verstellvorrichtung ist beispielsweise in Form eines Drehschauflers bekannt. Dabei ist ein drehbarer Verstellring vorgesehen, mittels welchem über eine Drehbewegung desselbigen ein engster Leitgitterquerschnitt und ein Schaufelwinkel des Turbinenrads variable einstellbar ist. Diese Verstellvorrichtung findet beispielsweise bei Abgasturboladern eines Diesel-PKW Verwendung.A Such adjustment is for example in the form of a rotary vane known. In this case, a rotatable adjusting ring is provided by means which over a rotational movement desselbigen a narrowest Leitgitterquerschnitt and a blade angle of the turbine wheel is variably adjustable. This adjustment takes place, for example, in exhaust gas turbochargers a diesel car use.

Weiterhin ist ein so genannter Axialschieber bekannt, der eine weitere Form eines Leitgitters darstellt. Dabei führt das Leitgitter oder eine Matrize eine axiale Längsbewegung durch. Außerdem ist eine Schaufelhöhe des Turbinenrades variabel einstellbar. Eine derartige Verstellvorrichtung findet insbesondere bei aufgeladenen Ottomotoren Verwendung.Farther is a so-called axial slide known, the another form represents a Leitgitters. This leads the guide grid or a Die an axial longitudinal movement by. Furthermore is a blade height of the turbine wheel variably adjustable. Such adjusting device especially used in supercharged gasoline engines use.

Bei Nutzfahrzeug-Motoren kommt häufig eine Axialschieber-Turbine zum Einsatz im Rahmen von Abgasrückführungs-Randbedingungen.at Commercial vehicle engines often come one Axial slide turbine for use in the context of exhaust gas recirculation boundary conditions.

Darüber hinaus sind so genannte Zungenschieber zu einer Spiralenquerschnittsverstellung bekannt. Dabei führen Zungen für Mehrsegment-Turbinen eine Drehbewegung durch. Besonders in Zusammenhang mit einem Einzelrohr- Stoßaufladebetrieb kommen derartige Turbinen beziehungsweise Verstellvorrichtungen zum Einsatz.Furthermore are so-called tongue slider to a spiral cross-section adjustment known. Lead Tongues for Multi-segment turbines a rotary motion through. Especially in connection with a single tube shock charging operation come such turbines or adjusting devices for use.

Auch im Bereich eines Turbinenradaustritts sind Verstellvorrichtungen zur variablen Einstellung von Strömungsparametern bekannt. Konusschieber zur Öffnung des Turbinenradaustritts führen dabei eine axiale Haupt-Bewegung durch.Also in the region of a turbine wheel outlet are adjusting devices known for variable adjustment of flow parameters. Cone slide for opening the Turbine wheel exit lead doing an axial main movement through.

Nachteil der genannten Lösungen ist, dass das volle Potential für eine optimale thermodynamische Anpassung einer Turbine eines Abgasturboladers an einen Betriebspunkt nicht vollständig ausgeschöpft wird. Wünschenswert ist sowohl eine Verstellvorrichtung zur variablen Anpassung von Strömungsparametern vor einem Turbinenrad in einem Turbinenradeintrittsbereich wie auch in einem Turbinenradaustrittsbereich nach dem Turbinenrad.disadvantage the solutions mentioned is that full potential for an optimal thermodynamic adaptation of a turbine of an exhaust gas turbocharger is not fully exploited to an operating point. Desirable is both an adjustment for variable adjustment of flow parameters in front of a turbine wheel in a turbine wheel inlet area as well in a turbine wheel exit area after the turbine wheel.

Mit variablen Verstellvorrichtungen im Turbinenradeintritts- und Turbinenradaustrittsbereich ergeben sich Einwirkungsmöglichkeiten auf einen Reaktionsgrad einer Turbine des Abgasturboladers, welcher eine Hauptgröße für einen wirkungsoptimalen Betrieb der Turbine darstellt.With variable adjusting devices in Turbinenradeintritts- and Turbinenradaustrittsbereich arise impact possibilities to a degree of reaction of a turbine of the exhaust gas turbocharger, which a major size for one represents optimum operation of the turbine.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Abgasturbolader der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass voll variable Verstellvorrichtungen einer Turbine eines Abgasturboladers realisiert werden, mit denen breite Turbinenbetriebsbereiche mit hohen Wirkungsgraden abdeckbar sind. Weiterhin stehen ebenfalls eine hohe mechanische Zuverlässigkeit und eine kostengünstige Umsetzung im Mittelpunkt.It is therefore an object of the invention to provide an exhaust gas turbocharger of the above so-called type to develop that fully variable adjustment a turbine of an exhaust gas turbocharger are realized with which Wide turbine operating ranges with high efficiency levels can be covered are. Furthermore, there is also a high mechanical reliability and a cost-effective Implementation at the center.

Diese Aufgaben werden durch einen Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Zur Erfindung gehören auch ein Verfahren für einen Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasturbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These Tasks are performed by an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine solved with the features of claim 1. The invention also includes a procedure for an exhaust gas turbocharger with the features of claim 10 and an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger with the Features of claim 14. Advantageous embodiments with appropriate and non-trivial developments of the invention are indicated in the dependent claims.

Bei einem solchen Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Turbinenrad, bei welchem in einem Turbinenradaustrittsbereich eine erste Verstellvorrichtung, insbesondere ein Konusschieber, zur variablen Einstellung einer Turbinenradaustrittsströmungsfläche angeordnet ist, ist erfindungsgemäß in einem Turbinenradeintrittsbereich eine zweite Verstellvorrichtung zur variablen Einstellung einer Turbinenradeintrittsströmungsfläche angeordnet.at Such an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine with a turbine wheel, in which in a turbine wheel outlet region a first adjusting device, in particular a cone slide, for variable adjustment of a Turbine wheel outlet flow area arranged is, is according to the invention in a Turbinenradeintrittsbereich a second adjusting device for variable adjustment of a Turbine wheel inlet flow area arranged.

Durch diese Verknüpfung von zwei Verstellvorrichtungen sowohl in dem Turbinenradeintrittsbereich als auch in dem Turbinenradaustrittsbereich können Strömungsparameter für das Turbinenrad des Abgasturboladers entsprechend einem thermodynamischen Bedarf derart eingestellt werden, dass sich ein wirkungsgradoptimaler Betrieb des Abgasturboladers einstellt. Weiterhin ist durch den Einsatz der beiden Verstellvorrichtungen dieser wirkungsgradoptimale Bereich über ein breites Spektrum an Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine möglich, da die beiden Verstellvorrichtungen eine große Bandbreite an Verstellmöglichkeiten bieten.By this link of two adjusting devices both in the turbine wheel inlet area As well as in the turbine wheel outlet area can flow parameters for the turbine of the Exhaust gas turbocharger according to a thermodynamic demand such be set, that is an optimal efficiency operation of the exhaust gas turbocharger. Furthermore, by the use of two adjustment of this efficiency optimum range over a wide range of operating states the internal combustion engine possible, because the two adjusting a wide range of adjustment Offer.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die erste Verstellvorrichtung eine axiale Hauptbewegung auf. Durch diese relativ einfache Bewegungsart wird einer mechanischen Zuverlässigkeit Rechnung getragen, und zwar derart, dass aufwendige Bewegungsarten und zur Realisierung dieser aufwendigen Kinematik vermieden werden.In an advantageous embodiment According to the invention, the first adjusting device has an axial main movement on. This relatively simple movement will be a mechanical reliability Carried, in such a way that elaborate types of movement and be avoided for the realization of this complex kinematics.

Durch diese Vermeidung werden auch die Kosten für eine derartige Umsetzung gering gehalten.By This avoidance will also be the cost of such implementation kept low.

Diese Vorteile ergeben sich auch aus einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung, bei dem die zweite Verstellvorrichtung als ein Leitgitter, insbesondere als ein Drehschaufler, ausgebildet ist, bei welchem ein drehbarer Verstellring vorgesehen ist, und ein Leitgitterquerschnitt und ein Schaufelwinkel variabel einstellbar sind. Dieser Aspekt bietet ein hohes Maß an Flexibilität bezüglich der Einstellung der Turbinenradeintrittsströmungsfläche im Turbinenradeintrittsbereich bei gleichzeitiger Vermeidung von unnötig aufwendigen Verstellrichtungen beziehungsweise Bewegungsarten.These Advantages also result from a further advantageous aspect of the invention, in which the second adjustment device as a guide grid, in particular as a rotary vane, is formed, in which a rotatable adjusting ring is provided, and a Leitgitterquerschnitt and a blade angle are variably adjustable. This aspect offers a high level of flexibility in terms of the adjustment of the turbine wheel inlet flow area in the turbine wheel inlet area while avoiding unnecessarily complicated adjustment directions or movement types.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Verstellvorrichtung als Leitgitter, insbesondere als ein Axialschieber, ausgebildet. Bei dieser Verstellvorrichtung ist ein Leitgitter oder eine Matrize in axialer Längsrichtung des Abgasturboladers bewegbar und/oder eine Schaufelhöhe variabel einstellbar.In an alternative embodiment invention, the second adjusting device as a guide grid, in particular as an axial slide formed. In this adjustment is a guide grid or a die in the axial longitudinal direction the exhaust gas turbocharger movable and / or a blade height variable adjustable.

Auch durch diesen Aspekt der Erfindung sind mannigfaltige Verstellmöglichkeiten sowohl für den Turbinenradeintrittsbereich als auch für den Turbinenradaustrittsbereich realisiert bei gleichzeitiger Berücksichtigung der hohen mechanischen Zuverlässigkeit und der kostengünstigen Umsetzung der Lösung.Also By this aspect of the invention are manifold adjustment options as well as the turbine wheel inlet area as well as for the turbine wheel outlet area realized while taking into account the high mechanical reliability and the cost-effective Implementation of the solution.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Verstellvorrichtungen gekoppelt und mit einer gemeinsamen Stellbewegung verstellbar sind. Dies birgt den Vorteil, dass eine Anzahl an Komponenten zur Verstellung der beiden Verstellvorrichtungen gering gehalten wird, was einerseits Kosten einspart und andererseits mögliche Fehlerquellen für einen Defekt eines derartigen Abgasturboladers reduziert.A advantageous embodiment The invention provides that the adjusting devices coupled and are adjustable with a common adjusting movement. This holds the advantage that a number of components for adjusting the two adjusting devices is kept low, which costs one hand saves and on the other hand possible Sources of error for reduces a defect of such exhaust gas turbocharger.

Dies spart Kosten sowohl bei einer Montage des Abgasturboladers ein, da nur eine geringe Anzahl an Teilen montiert werden muss, als auch bei einem Einkauf der Teile und bei einer etwaigen Reparatur. Durch die so erreichte Reduzierung einer Ausfallwahrscheinlichkeit des Abgasturboladers werden gleichzeitig Wartungsintervalle des Abgasturboladers verlängert, was einen Zuwachs an Komfort und eine Reduzierung von Kosten für einen Fahrer eines Kraftwagens, in den ein derartiger Abgasturbolader eingebaut ist, mit sich bringt.This Saves costs both during assembly of the exhaust gas turbocharger, because only a small number of parts must be mounted, as well with a purchase of the parts and with a possible repair. By the thus achieved reduction of a probability of default of the Exhaust gas turbocharger simultaneously maintenance intervals of the exhaust gas turbocharger extended, an increase in comfort and a reduction of costs for one Driver of a motor vehicle, in which such an exhaust gas turbocharger installed is, brings with it.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Verstellvorrichtungen elektrisch miteinander gekoppelt. Die elektrische Koppelung spart Bauraum. Des weiteren wird bei einer elektrischen Koppelung ein Verschleiß minimiert oder gar ganz vermieden, was die Ausfallwahrscheinlichkeit des Abgasturboladers weiter senkt.In a particularly advantageous embodiment of the invention the two adjusting devices electrically coupled together. The electrical coupling saves space. Furthermore, at a electrical coupling minimizes wear or even completely avoids wear which further reduces the probability of failure of the exhaust gas turbocharger.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind die Verstellvorrichtungen pneumatisch miteinander gekoppelt. Eine pneumatische Kopplung hat den Vorteil inne, dass ein Gesamtgewicht des Abgasturboladers gering gehalten werden kann. Auch sind hierbei kleine, das heißt gering im Querschnitt, und jedwede Formen von Ansteuerungs- beziehungsweise Kopplungskanälen möglich.In an alternative embodiment the invention, the adjusting devices are pneumatic with each other coupled. A pneumatic coupling has the advantage that a total weight of the exhaust gas turbocharger can be kept low. Also here are small, that is low in cross-section, and any forms of driving or coupling channels possible.

Ein weiterer vorteilbehafteter Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Verstellvorrichtungen hydraulisch gekoppelt sind. Eine hydraulische Kopplung erlaubt eine Übertragung von großen Kräften besonders im Falle einer Verwendung eines inkompressiblen Fluids. Auch ist dabei eine Wartungsintensität gegenüber einer pneumatischen Kopplung herabgesetzt.One Another advantageous aspect of the invention provides that the adjusting devices are hydraulically coupled. A hydraulic Coupling allows a transmission of big ones Forces especially in the case of using an incompressible fluid. Also is doing a maintenance intensity across from reduced pneumatic coupling.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Verstellvorrichtungen mechanisch miteinander gekoppelt. Dies hat die Vorteile inne, dass eine mechanische Kopplung am kostengünstigsten zu realisieren ist. Auch im Hinblick auf die mechanische Zuverlässigkeit bietet die mechanische Kopplung das größte Potential, da somit eine robuste Kopplung mit einer hohen Lebensdauer realisierbar ist.at a particularly advantageous embodiment of the invention the adjusting mechanically coupled together. This has the advantages that a mechanical coupling is most cost effective to realize. Also in terms of mechanical reliability The mechanical coupling offers the greatest potential, since thus one Robust coupling with a long service life is feasible.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass bezüglich der Verstellvorrichtung für den Turbinenradeintrittsbereich und bezüglich der Verstellvorrichtung für den Turbinenradaustrittsbereich konkrete Verstellvorrichtungen genannt wurden. Dabei ist es vorstellbar, dass jedwede andere Formen von Verstellvorrichtungen für den Turbinenradeintrittsbereich und für den Turbinenradaustrittsbereich einsetzbar sind. Auch mit anderen Verstellvorrichtungen als den genannten lassen sich die beschriebenen Vorteile realisieren, auch und besonders im Zusammenhang mit der Kopplung der beiden Verstellvorrichtungen.At This point should be noted that with respect to the adjustment for the Turbinenradeintrittsbereich and with respect to the adjustment for the Turbine wheel exit area called concrete adjusting devices were. It is conceivable that any other forms of Adjustments for the turbine wheel inlet area and for the turbine wheel exit area can be used. Also with other adjusting devices than the mentioned can realize the benefits described, too and especially in connection with the coupling of the two adjusting devices.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für einen Abgasturbolader für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Turbinenrad, bei welchem mittels einer ersten, in einem Turbinenaustrittsbereich angeordneten Verstellvorrichtung eine Turbinenradaustrittsströmungsfläche in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Abgasturboladers variabel eingestellt wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels einer zweiten, in einem Turbinenradeintrittsbereich angeordneten Verstellvorrichtung eine Turbinenradeintrittströmungsfläche in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Abgasturboladers variabel eingestellt wird.at a method according to the invention for one Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine with a turbine wheel, in which by means of a first, arranged in a turbine outlet area Adjustment device a Turbinenradaustrittsströmungsfläche depending on operating parameters the exhaust gas turbocharger is variably adjusted, is provided according to the invention, that by means of a second, in a Turbinenradeintrittsbereich arranged adjusting a Turbinenradeintrittströmungsfläche in dependence set variably by operating parameters of the exhaust gas turbocharger becomes.

Dieses Verfahren ist besonders in vorteilhafter Weise in Verbindung mit einem zuvor genannten Abgasturbolader einzusetzen.This method is particularly advantageous ter way to use in conjunction with a previously mentioned exhaust gas turbocharger.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein Wirkungsgrad optimaler Betrieb des Abgasturboladers in einem breiten Turbinenbetriebsbereich des Abgasturboladers und in einem breiten Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden.By the inventive method can an efficiency optimal operation of the exhaust gas turbocharger in one broad turbine operating range of the exhaust gas turbocharger and in a wide operating range of the internal combustion engine can be realized.

Werden bei dem Verfahren die Verstellvorrichtungen mit einer gemeinsamen Verstellbewegung eingestellt, so kann ein Programmier- und Regelaufwand gering gehalten werden, wodurch Kosten, insbesondere Entwicklungskosten, eingespart werden können.Become in the method, the adjusting devices with a common Adjusted adjustment, so can a programming and control effort be kept low, thereby reducing costs, in particular development costs, can be saved.

Besonders stark zum Tragen kommt eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers zum Tragen, wenn sie in einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt werden. Durch den beschriebenen wirkungsgradoptimalen Betrieb in einem breiten Spektrum an Betriebspunkten kann ein Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine und damit CO2-Emissionen derselbigen reduziert werden, was einerseits der Umwelt und andererseits dem Fahrer des Kraftwagens, in den einer derartige Verbrennungskraftmaschine eingebaut ist, zugute kommt.Particularly effective for carrying is a use of a method according to the invention and an exhaust gas turbocharger according to the invention for carrying, when they are used in an internal combustion engine. Due to the efficiency-optimal operation described in a wide range of operating points fuel consumption of the internal combustion engine and thus CO 2 emissions derselbigen can be reduced, on the one hand the environment and on the other hand the driver of the motor vehicle, in which such an internal combustion engine is installed benefits.

Diese Aspekte werden durch die Berücksichtigung der mechanischen Zuverlässigkeit der Komponenten und einer kostengünstigen Umsetzung wie beschrieben weiter verstärkt.These Aspects are taken by consideration the mechanical reliability the components and a cost-effective implementation as described further strengthened.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine ist eine Recheneinheit vorgesehen, mittels derer ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. Eine derartige Recheneinheit ermöglicht es, die Verstellvorrichtungen schnellst möglich an den Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine für einen wirkungsgradoptimalen Betrieb des Abgasturboladers anzupassen. Eine besonders schnelle Anpassung der Verstellvorrichtungen an den Betriebspunkt ist daher wünschenswert und birgt den Vorteil, als dass das Ansprechverhalten des Abgasturboladers dadurch deutlich verbessert und damit ein Turboloch reduziert beziehungsweise vermieden wird.In an advantageous embodiment the internal combustion engine is a computing unit provided by means of which a method according to the invention feasible is. Such a computing unit makes it possible to quickly adjust the adjusting devices possible at the operating point of the internal combustion engine for a adjust efficiency-optimal operation of the exhaust gas turbocharger. A special fast adaptation of the adjusting devices to the operating point is therefore desirable and has the advantage that the response of the exhaust gas turbocharger Significantly improved and thus a turbo lag reduced or is avoided.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen mehrerer Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegeben Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Figuren zeigen in:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following descriptions of several embodiments and with reference the drawings. The features mentioned above in the description and feature combinations and the following in the figure description mentioned and / or shown in the figures alone features and Feature combinations are not only in the specified combination but also usable in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the invention. The figures show in:

1 ein Verlauf eines Durchsatzparameters eines Abgasturboladers über einem Turbinendruckverhältnis, mit einer oberen und einer unteren durch Anschlagspositionen einer Verstellvorrichtung in einem Turbinenradeintrittsbereich vorgegebenen Grenze, 1 a profile of a flow rate parameter of an exhaust gas turbocharger over a turbine pressure ratio, with an upper and a lower limit given by abutment positions of an adjusting device in a turbine wheel inlet area,

2 abschnittsweise einen Längsschnitt durch eine Turbine eines Abgasturboladers mit einer Verstellvorrichtung in einem Turbinenradeintrittsbereich und mit einer Verstellvorrichtung in einem Turbinenradaustrittsbereich, 2 in sections a longitudinal section through a turbine of an exhaust gas turbocharger with an adjusting device in a turbine wheel inlet region and with an adjusting device in a turbine wheel outlet region,

3 einen Längsschnitt durch eine Turbine eines Abgasturboladers mit einer von 2 verschiedenen Verstellvorrichtung in einem Turbinenradeintrittsbereich und einer Verstellvorrichtung in einem Turbinenradaustrittsbereich, wie in 2, 3 a longitudinal section through a turbine of an exhaust gas turbocharger with one of 2 various adjusting device in a turbine wheel inlet region and an adjusting device in a turbine wheel outlet region, as in 2 .

4 einen Längsschnitt durch ein Turbinenrad und einen Außenkonturschieber eines Abgasturboladers, 4 a longitudinal section through a turbine wheel and an outer contour slide of an exhaust gas turbocharger,

5 zwei Verläufe von Strömungsflächen über einer Verstellvorrichtungs-Bewegung zweier unterschiedlicher Verstellvorrichtungen in einem Turbinenradeintrittsbereich und 5 two courses of flow surfaces over a Verstellvorrichtungsbewegung two different adjusting devices in a Turbinenradeintrittsbereich and

6 ein Schaltbild eines Aufladesystems mit einem Abgasturbolader, der sowohl in einem Turbinenradeintrittsbereich als auch in einem Turbinenradaustrittsbereich jeweils eine Verstellvorrichtung aufweist. 6 a circuit diagram of a supercharging system with an exhaust gas turbocharger having both in a turbine wheel inlet region and in a turbine wheel outlet each having an adjustment.

Während 1 ein Durchsatzdiagramm zeigt, welches hinsichtlich einer Verstellung einer Verstellvorrichtung sowohl in einem Turbinenradeintrittsbereich als auch einem Turbinenradaustrittsbereich zentrale Bedeutung hat, sind in 2 und in 3 zwei Ausführungsformen für eine Verstellvorrichtung in eben dem Turbinenradeintrittsbereich und dem Turbinenradaustrittsbereich dargestellt, wobei die Verstellvorrichtung im Turbinenradaustrittsbereich in 2 und in 3 gleich ist. Der Unterschied zwischen 2 und 3 besteht in der Verstellvorrichtung im Turbinenradeintrittsbereich.While 1 a flow rate diagram shows, which in terms of an adjustment of an adjusting device in both a turbine wheel inlet region and a turbine wheel outlet region has central importance, are in 2 and in 3 two embodiments for an adjusting in just the turbine wheel inlet area and the turbine wheel outlet area shown, wherein the adjusting device in the turbine wheel outlet area in 2 and in 3 is equal to. The difference between 2 and 3 consists in the adjustment in Turbinenradeintrittsbereich.

4 zeigt eine weitere Möglichkeit zu einer Wirkungsgradbegünstigung eines Abgasturboladers auf, in dem eine Schaufelauslegung eines Turbinenrads angepasst wird. Der 5 ist der Zusammenhang zwischen einer freigegebenen Strömungsfläche und einer Bewegung einer Verstellvorrichtung im Turbinenradeintrittsbereich und einer Verstellvorrichtung im Turbinenradaustrittsbereich zu entnehmen, wobei jeweils die Verstellvorrichtungen aus 2 und 3 abgehandelt werden. 6 zeigt eine Zusammenschau eines Abgasturboladers, der je eine Verstellvorrichtung im Turbinenradeintrittsbereich und im Turbinenradaustrittsbereich aufweist, mit weiteren Komponenten eines Aufladesystems einer Verbrennungskraftmaschine. 4 shows a further possibility for an efficiency advantage of an exhaust gas turbocharger, in which a blade design of a turbine wheel is adjusted. Of the 5 is the relationship between a shared flow area and a movement of an adjustment in Turbinenradeintrittsbereich and an adjusting device in Turbinenradaustrittsbereich refer to, in each case the adjustment of 2 and 3 be dealt with. 6 shows an Zu Sammenschau an exhaust gas turbocharger, each having an adjustment in Turbinenradeintrittsbereich and Turbinenradaustrittsbereich, with other components of a supercharging system of an internal combustion engine.

Ein in 1 durch einen unteren Anschlag 10 und einen oberen Anschlag 12 einer Verstellvorrichtung abgegrenzter Durchsatzbereich 14 einer Turbine eines Abgasturboladers, der einen Verstellbereich der Verstellvorrichtung darstellt, ist herkömmlicher Weise nur durch eine Verstellvorrichtung in einem Turbinenradeintrittsbereich, also kurz gesagt durch eine Radeintrittsvariabilität, realisiert.An in 1 through a lower stop 10 and an upper stop 12 an adjustment of demarcated throughput range 14 A turbine of an exhaust-gas turbocharger, which constitutes an adjustment range of the adjusting device, is conventionally realized only by an adjusting device in a turbine wheel inlet region, in other words by a wheel-entry variability.

Am unteren Anschlag 10 ist hier ein effektiver Strömungsquerschnitt vor einem Turbinenrad sehr stark verengt, wodurch sich Reaktionsgrade im Bereich von 0 oder sogar mit negativen Werten einstellen.At the bottom stop 10 Here, an effective flow area in front of a turbine wheel is very narrowed, which sets reaction rates in the range of 0 or even with negative values.

Ein bei diesem Ausgangspunkt zunächst noch unveränderbare engster Strömungsquerschnitt nach dem Turbinenrad, also ein Turbinenradaustrittsquerschnitt, ist für diesen engsten Strömungsquerschnitt vor dem Turbinenrad, also an einem Turbinenradeintrittsquerschnitt, um ein Vielfaches zu groß. Damit einher gehen gegenüber einer Auslegungsposition (zum Beispiel in Mittelposition) der Verstellvorrichtung starke Wirkungsgradabschläge, die bei Abgasturbolader-Turbinen für eine PKW- oder eine NFZ-Anwendung 20- bis über 30%-Punkte betragen können.One at this point initially unchangeable narrowest flow cross section the turbine wheel, so a Turbinenradaustrittsquerschnitt is for this narrowest flow cross-section in front of the turbine wheel, ie at a turbine wheel inlet cross-section, many times too big. In order to go hand in hand a design position (for example, in the center position) of the adjustment strong efficiency deductions, in turbocharger turbines for a car or a commercial vehicle application 20 to about 30% points.

Durch eine Verkopplung der Verstellvorrichtung an einem Turbinenradeintritt mit einer Verstellvorrichtung an einem Turbinenradaustritt, also kurz gesagt durch eine Verkopplung einer Eintrittsvariabilität mit einer Austrittsvariabilität der Turbine des Abgasturboladers, wird ein engster Austrittsströmungsquerschnitt des Turbinenrades auf einen kleinen Wert eingestellt, wobei ein Eintrittsströmungsquerschnitt des Turbinenrades bei gleicher Durchsatzlinie (unterer Anschlag) auf größere Werte zugeordnet wird, was zu wirkungsgradgünstigeren Reaktionsgraden der Turbine mit Werten über 0 gegebenenfalls je nach Auslegung auch über einen Wert von 0,3 führt.By a coupling of the adjusting device at a turbine wheel inlet with an adjusting device on a turbine wheel outlet, ie in short, by coupling an entry variability with a exit variability the turbine of the exhaust gas turbocharger, a narrowest outlet flow cross section the turbine wheel is set to a small value, with a Inlet flow cross-section of the turbine wheel at the same flow rate (lower stop) to larger values is assigned, resulting in more efficient reaction degrees of Turbine with values above 0 also leads to a value of 0.3, depending on the design.

Für eine maximale Durchsatzfähigkeit wird bei einer Standardturbine die Eintrittsvariabilität auf einen maximalen Strömungsquerschnittswert eingestellt. Der unveränderbare Strömungsquerschnitt am Turbinenradaustritt ist in vielen Fällen auf einen mittleren Durchsatzbetriebspunkt ausgelegt.For a maximum Throughput capability With a standard turbine, the entry variability becomes one maximum flow cross-section value set. The unchangeable Flow area at the turbine wheel exit is in many cases at a medium throughput operating point designed.

Somit ist ein engster Strömungsquerschnitt am Turbinenradaustritt gegenüber einem engsten Strömungsquerschnitt am Turbinenradeintritt üblicher Weise zu klein.Consequently is a narrowest flow cross-section on the Turbine wheel outlet opposite a narrowest flow cross-section at Turbinenradeintritt more common Way too small.

Eine Folge sind Reaktionsgradwerte, die meist weit über einem Wert von 0,6 oder sogar über einem Wert von 0,8 liegen. Große Wirkungsgradabschläge werden in diesem Betriebsbereich durch sehr hohe Verluste am Turbinenradaustritt dominiert.A Consequences are reaction degree values, which are usually well above a value of 0.6 or even over one Value of 0.8. Size Efficiency reductions be in this operating range by very high losses at the turbine wheel outlet dominated.

Die Turbine mit einer Verstellvorrichtung im Turbinenradeintrittsbereich und einer Verstellvorrichtung im Turbinenradaustrittsbereich wird in einem oberen Durchsatzbereich (oberer Anschlag) einen engsten Turbinenradströmungsquerschnitt durch Öffnen vergrößern, um Reaktionsgrade mit den Werten im Bereich von unter 0,7 oder bei Optimalauslegung auf einen Wert von 0,5 zu drücken.The Turbine with an adjusting device in the turbine wheel inlet area and an adjusting device in the turbine wheel outlet area in an upper throughput area (upper stop) a narrowest Turbinenradströmungsquerschnitt by opening enlarge to Reaction levels with the values in the range of less than 0.7 or at Optimum dimensioning to a value of 0.5.

Eine Drehzahlabhängigkeit des Durchsatzdiagramms beziehungsweise einer Durchsatzkennlinie wird sich dadurch reduzieren und aufgrund der verbesserten Reaktionsgradwerte der Turbine ein erhöhtes Wirkungsgradniveau bei abgesenkten Turbinenradaustrittsverlusten am oberen Anschlag einstellen.A Speed dependency the flow chart or a flow rate characteristic is thereby reducing and due to the improved reaction grade values the turbine an elevated Level of efficiency with lowered turbine outlet losses Adjust at the upper stop.

2 und 3 zeigen in einem Längsschnitt je eine Turbine mit je einer Verstellvorrichtung in einem Turbinenradeintrittsbereich und einem Turbinenradaustrittsbereich, wobei die Verstellvorrichtungen mechanisch miteinander gekoppelt sind und betreffende Strömungsquerschnitte beeinflussen können. 2 and 3 show in a longitudinal section a respective turbine with one adjusting device each in a turbine wheel inlet region and a turbine wheel outlet region, wherein the adjusting devices are mechanically coupled to one another and can influence flow cross-sections in question.

Die 2 zeigt eine Turbine 20 mit einer Verstellvorrichtung in Form eines variablen Leitgitters 24 in einem Turbinenradeintrittsbereich 26 eines Turbinenrades 22.The 2 shows a turbine 20 with an adjusting device in the form of a variable guide grid 24 in a turbine wheel inlet area 26 a turbine wheel 22 ,

Bei der Verstellvorrichtung handelt es sich um einen so genannten Drehschaufler. Das variable Leitgitter 24 des Drehschauflers weist drehbare Schaufeln auf und ist mit einem axial verschiebbaren Konusschieber 28 verbunden. Dieser Konusschieber 28 beeinflusst einen engsten Strömungsquerschnitt eines Turbinenradaustrittsbereichs 30. Beide Verstellvorrichtungen, also das Leitgitter 24 und der Konusschieber 28, lassen sich simultan über einen einzigen Steller bewegen, der an einem Anschlussteil 32 befestigbar ist.The adjusting device is a so-called rotary vane. The variable guide grid 24 of the rotary vane has rotatable blades and is provided with an axially displaceable cone slide 28 connected. This cone slide 28 affects a narrowest flow area of a turbine wheel outlet area 30 , Both adjusting devices, so the guide grid 24 and the cone slide 28 , can be moved simultaneously via a single actuator, which is connected to a connector 32 is fastened.

Die Verbindung und Führung der beiden Verstellvorrichtungen erfolgt über eine Hülse 34, die in 2 in einer Verstellphase eine Drehbewegung um eine Drehachse 36 des Turbinenrades 22 ausführt und für das Leitgitter 24 stirnseitig Hebel 38 von drehbaren Leitschaufeln um eine Achse 40 mit einer gering tolerierten Aussparung 42 umfasst.The connection and guidance of the two adjusting devices via a sleeve 34 , in the 2 in an adjustment phase, a rotational movement about an axis of rotation 36 of the turbine wheel 22 executes and for the Leitgitter 24 frontal lever 38 of rotatable vanes about an axis 40 with a low tolerance recess 42 includes.

Eine Kraftübertragung erfolgt also zwischen der Aussparung 42 und einer Berührstelle 44 des hier dargestellten Hebels 38.A power transmission thus takes place between the recess 42 and a touch point 44 of the lever shown here 38 ,

Im Turbinenradaustrittsbereich 30 ist eine variable Einstellung des Strömungsquerschnittes mittels des Konusschiebers 28 realisiert. Der Konusschieber 28 wird von einem Gehäusekonturstück 46 in axialer Richtung geführt und durch seine Kulissenstifte 48 (zum Beispiel 3 über seinem Umfang) über eine Kulissennut 50 der Hülse 34 axial positioniert.In the turbine wheel exit area 30 is a variable adjustment of the flow cross-section by means of the cone slider 28 realized. The cone slide 28 is from a housing contour piece 46 guided in the axial direction and through its guide pins 48 (for example 3 over its circumference) over a gate groove 50 the sleeve 34 positioned axially.

Bei einem maximalen Strömungsquerschnitt im Turbinenradaustrittsbereich 30 befindet sich eine Kontur 52 des Konusschiebers 28 mit einem geringen Funktionsspalt über einer Turbinenradaußenkontur 54, wobei eine Austrittsströmung im Turbinenradaustrittsbereich 30 gezwungen wird, weitgehend über eine Austrittskante 56 abzuströmen.At a maximum flow cross section in the turbine wheel outlet area 30 there is a contour 52 the cone slide 28 with a small functional gap over a turbine wheel outer contour 54 , wherein an outlet flow in Turbinenradaustrittsbereich 30 is forced largely over a trailing edge 56 abzuströmen.

Eine Übersetzung beziehungsweise eine Kinematik zwischen einem Element 58 und dem Anschlussteil 40 wird in 2 nicht näher aufgezeigt.A translation or kinematics between an element 58 and the connector 40 is in 2 not shown in detail.

Eine derartige Anordnung wäre auch mit geringen Modifikationen für eine Zungenschieberturbine brauchbar, die für einen Stoßbetrieb mit Einzelabgasrohren Verwendung findet. Auch 3 zeigt wie 2 eine Turbine 60 mit einer Verstellvorrichtung in dem Turbinenradeintrittsbereich 26 und einer Verstellvorrichtung in dem Turbinenradaustrittsbereich 30 des Turbinenrades 22.Such an arrangement would also be useful with minor modifications to a tongue-and-shoot turbine that is used for single exhaust tube thrust operation. Also 3 shows how 2 a turbine 60 with an adjusting device in the turbine wheel inlet area 26 and an adjusting device in the turbine wheel outlet region 30 of the turbine wheel 22 ,

Die Verstellvorrichtung im Turbinenradaustrittsbereich 30 des Turbinenrades 22 ist dabei der bekannte Konusschieber 28 aus 1. Bei der Verstellvorrichtung im Turbinenradeintrittsbereich 26 handelt es sich um einen Axialschieber. Ein effektiver Strömungsquerschnitt eines starren Leitgitters 24' ist in diesem Fall mittels einer Matrize 62, in deren Schaufelprofilöffnungen Leitschaufeln des Leitgitters 24' eintauchen, von einer axial eingestellten Schaufelhöhe her bestimmt. Die Matrize 62 ist mit einer Hülse 64 fest verbunden, die über ihrem Umfang mehrere größere Aussparungen 66 aufweist. In den Aussparungen 66 verlaufen gehäuseseitige Streben 68 für eine Abstützung unter anderem einer Außenkontur 68.The adjusting device in the turbine wheel outlet area 30 of the turbine wheel 22 is the well-known cone slide 28 out 1 , At the adjusting device in the turbine wheel inlet area 26 it is an axial slide. An effective flow cross-section of a rigid guide grid 24 ' is in this case by means of a die 62 , in whose blade profile openings guide vanes of the guide rail 24 ' submerge, determined by an axially adjusted blade height ago. The matrix 62 is with a sleeve 64 firmly connected, over its circumference several larger recesses 66 having. In the recesses 66 run on the housing side struts 68 for a support, inter alia, an outer contour 68 ,

Da in 3 beide Verstellvorrichtungen eine gleiche axiale Wegstrecke durchlaufen, wird der Konusschieber 28 mit der Hülse 64 mittels Verschraubungen 70 fixiert.Because in 3 Both adjusting pass through a same axial path, the cone slide 28 with the sleeve 64 by means of screw connections 70 fixed.

Aufgrund einer Einfachheit wird hier akzeptiert, dass die Matrize 62 in ihrer Endposition wenig optimal den Turbineneintrittsbereich 26 als größere Öffnung freigibt. Da diese Positionen nur in wenigen Betriebspunkten relevant ist, ist ein negativer Einfluss auf ein Gesamtbetriebsverhalten nur gering spürbar.Due to a simplicity here is accepted that the die 62 in its final position, the turbine inlet area is not optimally optimal 26 as a larger opening releases. Since these positions are only relevant in a few operating points, a negative influence on overall operating behavior is only slightly noticeable.

Für unterschiedliche axiale Wegstrecken der Verstellvorrichtung im Turbinenradeintrittsbereich 26 und der Verstellvorrichtung im Turbinenradaustrittsbereich 30 sind beispielsweise getrennte Hülsen mit Kulissennuten oder Kurvenformen an Hülsenstirnseiten denkbar.For different axial distances of the adjustment in Turbinenradeintrittsbereich 26 and the adjusting device in the turbine wheel outlet area 30 For example, separate sleeves with cam grooves or curve shapes on sleeve end faces are conceivable.

Eine axiale Verstellung erfolgt über eine Mechanikvorrichtung zwischen dem Element 58' und dem Anschlussteil 32', die hier beide nicht näher gezeigt werden.An axial adjustment takes place via a mechanical device between the element 58 ' and the connector 32 ' which are not shown here in detail.

4 zeigt eine Konturhülse 80, die eine Außenkontur herkömmlicher Auslegungen freigibt. Um einer derartige Öffnung im Turbinenradaustrittsbereich 30 des Turbinenrades 22 realisieren zu können, wird man sich bei einer Gestaltung des Turbinenradaustrittsbereichs 30 von einer streng radialen Schaufelauslegung entfernen und eine Rückwärtskrümmung eines zu öffnenden Schaufelbereichs anstreben. 4 shows a contour sleeve 80 which releases an outer contour of conventional designs. To such an opening in Turbinenradaustrittsbereich 30 of the turbine wheel 22 To be able to realize, you will be in a design of Turbinenradaustrittsbereichs 30 Remove from a strictly radial blade design and aim for a backward curvature of an openable blade area.

5 zeigt für die in 2 und 3 gezeigten Turbinen 20 und 60 prinzipiell maßgebende zu beeinflussende engste Strömungsquerschnitte in Abhängigkeit eines Verstellwegs/-winkels der Verstellvorrichtungen im Turbinenradeintrittsbereich und im Turbinenradaustrittsbereich. Das Diagramm 100 repräsentiert dabei die Turbine 20 aus 2 mit dem Drehschaufler im Turbinenradeintrittsbereich und dem Konusschieber im Turbinenradaustrittsbereich. Dementsprechend repräsentiert das Diagramm 100' die Turbine 60 aus 3 mit dem Axialschieber im Turbinenradeintrittsbereich und dem Konusschieber im Turbinenradaustrittsbereich. 5 shows for the in 2 and 3 shown turbines 20 and 60 in principle authoritative narrowest flow cross sections to be influenced as a function of a displacement path / angle of the adjusting devices in the turbine wheel inlet region and in the turbine wheel outlet region. The diagram 100 represents the turbine 20 out 2 with the rotary blade in the turbine wheel inlet area and the cone slider in the turbine wheel outlet area. Accordingly, the diagram represents 100 ' the turbine 60 out 3 with the axial slide in the turbine wheel inlet area and the cone slide in the turbine wheel outlet area.

Für die betrachteten Turbinen wird bei Zugrundelegung von Wirkungsgrad-Optimalbedingungen angestrebt, ein Verhältnis der Strömungsquerschnitte zwischen den beiden Vorrichtungen so zu realisieren dass sich Reaktionsgrade nahe dem Wert von 0,5 einstellen. Da bei einer Auslegung von Turbinen mit Verstellvorrichtungen zur Beeinflussung von Strömungsparametern im Turbinenradeintrittsbereich und/oder im Turbinenradaustrittsbereich für Abgasturbolader eine Vielzahl von Randbedingungen zu erfüllen sind, erhält man einen auf einen gesamten Betriebsbereich bezogene wirkungsgradgünstige Turbine, wenn es ermöglicht wird, Reaktionsgrade innerhalb eines Wertebereichs von 0,3 bis 0,7 bei großen geforderten Durchsatzspreizungen zu halten.For the considered Turbines are based on efficiency-optimal conditions aimed at, a relationship the flow cross sections to realize between the two devices so that reaction levels close to the value of 0.5. As with a design of turbines with adjusting devices for influencing flow parameters in the turbine wheel inlet area and / or in the turbine wheel outlet area for exhaust gas turbocharger To meet a variety of constraints, you get one Efficiency-priced turbine related to an entire operating range, if it allows is, reaction rates within a range of 0.3 to 0.7 at big to maintain required throughput spreads.

Der jeweils obere Verlauf der Diagramme 100 und 100' repräsentiert einen engsten Strömungsquerschnitt im Turbinenradaustrittsbereich, bei dem in beiden Fällen der Diagramme 100 und 100' als Verstellvorrichtung der Konusschieber angeordnet ist.The upper course of the diagrams 100 and 100 ' represents a narrowest flow area in the turbine wheel exit area, in both cases the diagrams 100 and 100 ' is arranged as adjusting the cone slide.

Der jeweils untere Verlauf repräsentiert den engsten Strömungsquerschnitt im Turbinenradeintrittsbereich. Dabei ist wie erwähnt im Diagramm 100 als Verstellvorrichtung im Turbinenradeintrittsbereich ein Drehschaufler angeordnet und bei Diagramm 100' ein Axialschieber.The respective lower course represents the narrowest flow cross section in the turbine wheel inlet area. As mentioned in the diagram 100 arranged as adjusting in Turbinenradeintrittsbereich a rotary blade and diagram 100 ' an axial slide.

In 6 ist ein Schaltbild eines Aufladesystems 110 dargestellt.In 6 is a circuit diagram of a charging system 110 shown.

Bei diesem Aufladesystem 110 ist auf einer Luftseite 114 eines Abgasturboladers 118 und damit einer Verbrennungskraftmaschine 112 ein Verdichter 120 angeordnet, der angesaugte und durch einen Luftfilter 122 gefilterte Luft verdichtet zur Darstellung eines gewissen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der Verbrennungskraftmaschine, um ein gewisses Leistungsniveau zu erreichen.In this charging system 110 is on an airside 114 an exhaust gas turbocharger 118 and thus an internal combustion engine 112 a compressor 120 arranged, sucked in and through an air filter 122 filtered air compresses to represent a certain air-fuel ratio in the internal combustion engine to achieve a certain level of performance.

Des Weiteren ist auf der Luftseite 114 ein Ladeluftkühler 124 zur Kühlung der verdichteten Luft vorgesehen.Furthermore, it is on the air side 114 a charge air cooler 124 provided for cooling the compressed air.

Zu einer Denoxierung eines Abgases der Verbrennungskraftmaschine 112, also zur Reduzierung von Rohemissionen der Verbrennungskraftmaschine 112, wird ein Abgas von einer Abgasseite 116 des Abgasturboladers 118 und damit der Verbrennungskraftmaschine 112 noch vor einer Turbine 128 des Abgasturboladers 118 abgezapft und über ein Abgasrückführungsventil 126 und einen Abgasrückführungskühler 130 auf die Luftseite 114 des Abgasturboladers 118 und damit der Verbrennungskraftmaschine 112 zurückgeführt. Dadurch ist eine Hochdruck-AGR-Option realisiert.For a denoxification of an exhaust gas of the internal combustion engine 112 that is, to reduce raw emissions of the internal combustion engine 112 , an exhaust gas from an exhaust side 116 the exhaust gas turbocharger 118 and thus the internal combustion engine 112 even before a turbine 128 the exhaust gas turbocharger 118 tapped and via an exhaust gas recirculation valve 126 and an exhaust gas recirculation cooler 130 on the air side 114 the exhaust gas turbocharger 118 and thus the internal combustion engine 112 recycled. This realizes a high pressure EGR option.

Nicht zurückgeführtes Abgas strömt durch die Turbine 128 des Abgasturboladers 118, wodurch über eine Welle 136 der Verdichter 120 auf der Luftseite 114 angetrieben wird.Unreturned exhaust gas flows through the turbine 128 the exhaust gas turbocharger 118 , which over a wave 136 the compressor 120 on the air side 114 is driven.

Nach Verlassen der Turbine 128 strömt das Abgas weiter durch eine Abgasnachbehandlungsanlage 132, wo es gereinigt wird und in die Umgebung strömt.After leaving the turbine 128 the exhaust gas continues to flow through an exhaust aftertreatment system 132 where it is cleaned and flows into the environment.

Als Besonderheit dieses Aufladesystems 110 kommt als Turbine 128 des Abgasturboladers 118 eine Turbine mit jeweils einer Verstellvorrichtung in einem Turbinenradeintrittsbereich und in einem Turbinenradaustrittsbereich zum Einsatz. Dabei kann es sich beispielsweise um die in 2 oder in 3 dargestellte Turbine handeln. Das Bezugszeichen 140 kennzeichnet dabei die Verstellvorrichtung im Turbinenradeintrittsbereich, während das Bezugszeichen 138 die Verstellvorrichtung im Turbinenradaustrittsbereich bezeichnet.As a special feature of this charging system 110 comes as a turbine 128 the exhaust gas turbocharger 118 a turbine with one adjusting device in each case in a turbine wheel inlet area and in a turbine wheel outlet area is used. These may be, for example, the in 2 or in 3 represented turbine act. The reference number 140 indicates the adjustment in Turbinenradeintrittsbereich while the reference numeral 138 designates the adjusting device in Turbinenradaustrittsbereich.

Wie im Zusammenhang mit 2 und 3 beschrieben, kann dabei die Verstellvorrichtung 140 im Turbinenradeintrittsbereich eine axiale Bewegung und/oder eine Drehbewegung vollführen, was durch die Richtungspfeile angedeutet ist.As related to 2 and 3 described, it can be the adjustment 140 perform an axial movement and / or rotational movement in Turbinenradeintrittsbereich, which is indicated by the directional arrows.

Die Verstellvorrichtung 138 im Turbinenradaustrittsbereich kann gemäß des in 2 und 3 gezeigten Konusschiebers in axialer Richtung verstellt werden. An dieser Stelle sei angemerkt, dass auch eine Drehbewegung bei der Verstellvorrichtung im Turbinenradaustrittsbereich und insbesondere bei dem Konusschieber denkbar ist, da aufgrund einer Rotationssymmetrie desselbigen kein Einfluss auf Strömungsparameter im Turbinenradaustrittsbereich vorhanden ist. Die beiden Verstellvorrichtungen 140 und 138 in 6 sind dabei über eine Koppelung 141, egal nach welchem Prinzip, gekoppelt und laufen auf ein einziges Stellelement 142 zu.The adjusting device 138 in Turbinenradaustrittsbereich can according to the in 2 and 3 shown cone slide can be adjusted in the axial direction. It should be noted at this point that a rotational movement is also conceivable in the adjusting device in the turbine wheel outlet region and in particular in the cone slide, since there is no influence on flow parameters in the turbine wheel outlet region due to a rotational symmetry of the same. The two adjusting devices 140 and 138 in 6 are doing over a coupling 141 no matter what principle, coupled and run on a single actuator 142 to.

Dieses Stelleelement 142 sowie die Abgasrückführung werden von einer Regelungseinrichtung 134 in Abhängigkeit eines Betriebspunktes der Verbrennungskraftmaschine 112 entsprechend Anforderungen der Verbrennungskraftmaschine 112 geregelt, wodurch Strömungsparameter im Turbinenradeintrittsbereich und im Turbinenradaustrittsbereich wirkungsgradoptimal eingestellt werden. Auch die Verbrennungskraftmaschine 112 selbst beziehungsweise ihre Komponenten wie beispielsweise eine Nockenwellenverstellung und/oder eine Einspritzmenge et cetera werden von der Regelungseinrichtung 134 geregelt.This place element 142 as well as the exhaust gas recirculation are from a control device 134 as a function of an operating point of the internal combustion engine 112 according to requirements of the internal combustion engine 112 regulated, whereby flow parameters in the turbine wheel inlet area and in the turbine wheel outlet area are set to optimum efficiency. Also, the internal combustion engine 112 itself or its components such as a camshaft adjustment and / or an injection quantity et cetera be of the control device 134 regulated.

Dadurch steigt ein Gesamtwirkungsgrad des Aufladesystems 110, wodurch ein Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine 112 und damit CO2-Emissionen reduziert werden.This increases the overall efficiency of the charging system 110 , thereby reducing fuel consumption of the internal combustion engine 112 and thus reduce CO 2 emissions.

Aufgrund der weiter steigenden Anforderungen an die Reduktion der Verbrauchs- und Emissionswerte der aufgeladenen Fahrzeug-Motoren werden die zukünftigen Entwicklungsaktivitäten verstärkt auf eine Vollvariabilität der Abgasturboladerturbinen hinauslaufen.by virtue of the ever increasing demands on the reduction of consumption and emissions of the turbocharged vehicle engines are the future development activities a full variability the turbocharger turbines run out.

Claims (15)

Abgasturbolader (118) für eine Verbrennungskraftmaschine (112) mit einem Turbinenrad (22), bei welchem in einem Turbinenradaustrittsbereich (30) eine erste Verstellvorrichtung (28), insbesondere ein Konusschieber (28), zur variablen Einstellung einer Turbinenradaustrittsströmungsfläche angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Turbinenradeintrittsbereich (26) eine zweite Verstellvorrichtung (24) zur variablen Einstellung einer Turbinenradeintrittsströmungsfläche angeordnet ist.Exhaust gas turbocharger ( 118 ) for an internal combustion engine ( 112 ) with a turbine wheel ( 22 ), in which in a turbine wheel exit area ( 30 ) a first adjusting device ( 28 ), in particular a cone slide ( 28 ), for variable adjustment of a turbine wheel outlet flow area, characterized in that in a turbine wheel inlet area ( 26 ) a second adjusting device ( 24 ) is arranged for variable adjustment of a turbine wheel inlet flow area. Abgasturbolader (118) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verstellvorrichtung (28) eine axiale Hauptbewegung aufweist.Exhaust gas turbocharger ( 118 ) according to claim 1, characterized in that the first adjusting device ( 28 ) has an axial main movement. Abgasturbolader (118) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verstellvorrichtung (24) als ein Leitgitter (24), insbesondere ein Drehschaufler (24), ausgebildet ist, bei welchem ein drehbarer Verstellring vorgesehen ist, und ein Leitgitterquerschnitt und ein Schaufelwinkel variabel einstellbar sind.Exhaust gas turbocharger ( 118 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the second adjusting device ( 24 ) as a guide grid ( 24 ), in particular a rotary vane ( 24 ), is formed, in which a rotatable adjusting ring is provided, and a Leitgitterquerschnitt and a blade angle are variably adjustable. Abgasturbolader (118) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verstellvorrichtung (24) als ein Leitgitter (24'), insbesondere ein Axialschieber (24'), ausgebildet ist, bei welchem ein Leitgitter (24') oder eine Matrize (62) in axialer Längsrichtung des Abgasturboladers (118) bewegbar und/oder eine Schaufelhöhe variabel einstellbar ist bzw. sind.Exhaust gas turbocharger ( 118 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the second adjusting device ( 24 ) as a guide grid ( 24 ' ), in particular an axial slide ( 24 ' ), in which a guide grid ( 24 ' ) or a die ( 62 ) in the axial longitudinal direction of the exhaust gas turbocharger ( 118 ) is movable and / or a blade height is variably adjustable or are. Abgasturbolader (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtungen (24, 28) gekoppelt und mit einer gemeinsamen Stellbewegung verstellbar sind.Exhaust gas turbocharger ( 118 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting devices ( 24 . 28 ) are coupled and adjustable with a common adjusting movement. Abgasturbolader (118) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtungen (24, 28) elektrisch gekoppelt sind.Exhaust gas turbocharger ( 118 ) according to claim 5, characterized in that the adjusting devices ( 24 . 28 ) are electrically coupled. Abgasturbolader (118) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtungen (24, 28) pneumatisch gekoppelt sind.Exhaust gas turbocharger ( 118 ) according to claim 6, characterized in that the adjusting devices ( 24 . 28 ) are pneumatically coupled. Abgasturbolader (118) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtungen (24, 28) hydraulisch gekoppelt sind.Exhaust gas turbocharger ( 118 ) according to claim 7, characterized in that the adjusting devices ( 24 . 28 ) are hydraulically coupled. Abgasturbolader (118) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtungen (24, 28) mechanisch gekoppelt sind.Exhaust gas turbocharger ( 118 ) according to claim 8, characterized in that the adjusting devices ( 24 . 28 ) are mechanically coupled. Verfahren für einen Abgasturbolader (118) für eine Verbrennungskraftmaschine (112) mit einem Turbinenrad (22), bei welchem mittels einer ersten, in einem Turbinenradaustrittsbereich (30) angeordneten Verstellvorrichtung (28) eine Turbinenradaustrittsströmungsfläche in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Abgasturboladers (118) variabel eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer zweiten, in einem Turbinenradeintrittsbereich (26 angeordneten Verstellvorrichtung (24) eine Turbinenradeintrittsströmungsfläche in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Abgasturboladers (118) variabel eingestellt wird.Method for an exhaust-gas turbocharger ( 118 ) for an internal combustion engine ( 112 ) with a turbine wheel ( 22 ), in which by means of a first, in a turbine wheel exit area ( 30 ) arranged adjusting device ( 28 ) a Turbinenradaustrittsströmungsfläche depending on operating parameters of the exhaust gas turbocharger ( 118 ) is set variably, characterized in that by means of a second, in a Turbinenradeintrittsbereich ( 26 arranged adjusting device ( 24 ) a Turbinenradeintrittsströmungsfläche depending on operating parameters of the exhaust gas turbocharger ( 118 ) is set variably. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenradaustrittsströmungsfläche mittels einer Verstellvorrichtung (28) mit einer axialen Hauptbewegung variabel eingestellt wird.A method according to claim 10, characterized in that the turbine wheel outlet flow area by means of an adjusting device ( 28 ) is variably adjusted with an axial main movement. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtungen (24, 28) mit einer gemeinsamen Stellbewegung eingestellt werden.Method according to one of claims 10 or 11, characterized in that the adjusting devices ( 24 . 28 ) can be adjusted with a common adjusting movement. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Stellbewegung mittels einer elektrischen und/oder einer pneumatischen und/oder einer hydraulischen und/oder einer mechanischen Verkopplung der Verstellvorrichtungen (24, 28) ausgeführt wird.A method according to claim 12, characterized in that the common adjusting movement by means of an electrical and / or a pneumatic and / or a hydraulic and / or a mechanical coupling of the adjusting devices ( 24 . 28 ) is performed. Verbrennungskraftmaschine (112) mit einem Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Internal combustion engine ( 112 ) with an exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 9. Verbrennungskraftmaschine (112) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Recheneinheit (134) vorgesehen ist, mittels derer ein Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13 durchführbar ist.Internal combustion engine ( 112 ) according to claim 14, characterized in that a computing unit ( 134 ) is provided, by means of which a method according to any one of claims 10 to 13 is feasible.
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