DE102015006288A1

DE102015006288A1 - Turbine für einen Abgasturbolader, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, sowie Antriebseinrichtung für einen Kraftwagen

Info

Publication number: DE102015006288A1
Application number: DE102015006288.3A
Authority: DE
Inventors: Stephan Netzhammer; Stephan Krätschmer; Sebastian LENKE; Siegfried Sumser; Elias Chebli
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2015-12-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbine (10) für einen Abgasturbolader (66), mit einem Gehäuse (12), mit einem in dem Gehäuse (12) aufgenommen Turbinenrad (16), welches von Abgas antreibbar ist und eine Beschaufelung (22) mit einem Austrittsbereich (32) aufweist, über welchen das Abgas bei einem Betrieb der Turbine (10) von der Beschaufelung (22) abströmt, und mit wenigstens einer sich in einer Wandung (42) des Gehäuses (12) erstreckenden, über dem Umfang des Austrittsbereichs (32) angeordneten und in den Austrittsbereich (32) mündenden Durchgangsöffnung (44), über welche ein Gas in den Austrittsbereich (32) einführbar ist, wobei das Gehäuse (12) einen mit der Durchgangsöffnung (44) fluidisch verbundenen und stromauf der Durchgangsöffnung (44) angeordneten Sammelraum (46) für das Gas aufweist, über welchen das Gas der Durchgangsöffnung (44) zuführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbine für einen Abgasturbolader gemäß dem jeweiligen Oberbegriff von Patentanspruch 1 beziehungsweise 4 sowie eine Antriebseinrichtung für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 5.
Eine solche Turbine für einen Abgasturbolader, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, sowie eine Antriebseinrichtung für einen Kraftwagen sind beispielsweise bereits der EP 0 537 503 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Antriebseinrichtung umfasst eine Verbrennungskraftmaschine, mittels welcher der Kraftwagen antreibbar ist. Ferner umfasst die Antriebseinrichtung wenigstens einen Abgasturbolader mit einer Turbine. Die Turbine umfasst ein Gehäuse sowie ein in dem Gehäuse aufgenommenes Turbinenrad, welches um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar ist. Ferner ist das Turbinenrad von Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbar und weist eine Beschaufelung mit einem Austrittsbereich auf, über welchen das Abgas bei einem Betrieb der Turbine von der Beschaufelung abströmt. Die Beschaufelung weist üblicherweise einen Eintrittsbereich auf, über welchen das Abgas beim Betrieb der Turbine die Beschaufelung und somit das Turbinenrad anströmt. Infolge dieses Anströmens wird das Turbinenrad angetrieben, wobei das Abgas mittels der Turbine expandiert wird. Der Austrittsbereich umfasst beispielsweise Austrittskanten oder Abströmkanten, über die das Abgas von der Beschaufelung abströmt.
Die Turbine weist ferner wenigstens eine sich in einer Wandung des Gehäuses erstreckende, über dem Umfang des Austrittsbereichs angeordnete und in den Austrittsbereich mündende Durchgangsöffnung auf, über welche ein Gas in den Austrittsbereich einführbar beziehungsweise einblasbar ist.
Der Abgasturbolader wird auch als Aufladeeinrichtung bezeichnet, da er üblicherweise wenigstens einen von der Turbine antreibbaren Verdichter zum Verdichten von Luft aufweist. Die Verbrennungskraftmaschine kann mit der verdichteten Luft versorgt werden, wobei im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden kann. Mittels eines solchen Abgasturboladers lässt sich ein Aufladesystem darstellen, mittels welchem der Verbrennungskraftmaschine zuzuführende Luft zu verdichten ist. Dieses Verdichten der Luft wird auch als Aufladen bezeichnet.
Bei der Entwicklung von Aufladesystemen, die ein sogenanntes Downsizing und Downspeeding bei Personenkraftwagen- wie auch Nutzfahrzeuganwendungen mit Diesel- und Gasmotoren beziehungsweise Ottomotoren ermöglichen, kommen Turbinenrädern von beispielsweise als variablen Abgasturboladern ausgebildeten Abgasturboladern, einflutigen und mehrflutigen Fest-Geometrieturbinen hinsichtlich dem zuverlässigen, mechanischen Verhalten bei einer geforderten Lebensdauer eine große Bedeutung zu. Eine Kernaufgabe zur Erzielung der Lebensdauer-Anforderungen der betreffenden Abgasturbolader wird zunehmend auch die Beeinflussung des Schwingungsverhaltens der Turbinenrad-Beschaufelungen sein. Da durch die zyklischen Strömungsnachläufe von Leitbeschaufelungen und Zungen vor dem Turbinenrad-Eintritt, das heißt stromauf des Eintrittsbereichs, häufig auch hohe Turbinendruckverhältnisse und große Störungen zur Anregung der Turbinenrad-Beschaufelungen vorliegen, muss nach Lösungen gesucht werden, die eine genügend große dämpfende Wirkung für das Turbinenrad mit sich bringen und den Extremfall einer Schaufelresonanz mit ungenügender Dämpfung in seiner Wahrscheinlichkeit klein halten.
Entwicklungen wie beispielsweise die sogenannte Turbobrake, welche ein schaltbares und beispielsweise sieben-schaufliges Turbobremsgitter, das vor das Turbinenrad einfahrbar ist, umfasst, haben zu schwingungsstabilen Dickschaufler-Turbinenrädern hoher Eigenfrequenz geführt, die im Turbinenwirkungsgrad jedoch mit Nachteilen belastet sind.
Wünschenswert sind im Gegensatz zu den robusten Dickschaufler-Turbinenrädern aus Wirkungsgradgründen aerodynamisch optimale Radbeschaufelungen, die relativ geringe Dicken aufweisen und somit auch abgesenkte Eigenfrequenzen besitzen. Durch die großen Drehzahlspannen von Abgasturboladern ergibt sich hier ein häufiger Resonanzdurchlauf der Schaufeleigenfrequenz, im Besonderen des Radaustrittsbereichs, wodurch sich im Allgemeinen eine nur geringe Überlebenswahrscheinlichkeit des Abgasturboladers einstellt.
Wünschenswert sind daher Vorrichtungen und Verfahren, die den Einsatz von trägheitsmomentenarmen Turbinenrädern mit relativ dünnen Schaufeln hoher Wirkungsgradeffizienz erlauben, die die Lebensdauer-Anforderungen hinsichtlich einer hochfrequenten Schwingungssicherheit erfüllen. Wie beispielsweise aus der DE 10 2005 011 482 A1 hervorgeht, bestehen Möglichkeiten, durch die Gestaltung der Leitbeschaufelung, insbesondere hinsichtlich des unterschiedlichen Teilungswinkels über dem Umfang, auf die Anregungsfrequenz und teilweise auf die Intensität einzuwirken. Desgleichen sind bei Mehrsegment-Turbinen durch die Festlegung von unterschiedlichen Segmentwinkeln der Teilspiralen Einflussmöglichkeiten auf die Intensität und auf den Frequenzwechsel der Störungen durch die Zungen auf den sich drehenden Turbinenrad-Eintritt durchführbar. Die Störungen pflanzen sich auf den im Allgemeinen sensiblen Turbinenradaustrittsschaufelbereich fort, der durch die erhöhte angepasste Eigenfrequenz bei gesteigerter Schaufelsteifigkeit zu einem sicheren Schwingungsverhalten führen soll. Eine dämpfende Wirkung der Störungen der Leitbeschaufelungen und der Zungen wird auch durch einen genügend großen Abstand zum Turbinenrad-Eintritt positiv beeinflusst, wobei dieser Abstand beispielsweise zumindest im Wesentlichen dem 0,1-fachen des Durchmessers des Turbinenrads entspricht. Dieser Abstand kann jedoch nicht immer aufgrund von fehlendem Bauraum oder der Eigenschaften bestimmter Vario-Einrichtungen wie beispielsweise bei einer Drehschaufel-Turbine in Leitgitter-Öffnungsposition beziehungsweise in jeder Leitgitterposition befriedigend bereitgestellt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Turbine sowie eine Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Gefahr von übermäßigen Schwingungen der Beschaufelung des Turbinenrads besonders gering gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Turbine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 beziehungsweise 4 sowie durch eine Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Turbine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Gefahr von übermäßigen Schwingungen der Beschaufelung des Turbinenrads besonders gering gehalten werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gehäuse einen mit der Durchgangsöffnung fluidisch verbundenen und stromauf der Durchgangsöffnung angeordneten Sammelraum für das Gas aufweist, über welchen das Gas der Durchgangsöffnung zuführbar ist. Mit anderen Worten kann sich das Gas zunächst in dem Sammelraum sammeln und schließlich von dem Sammelraum in und durch die Durchgangsöffnung strömen, sodass das Gas schließlich in den Austrittsbereich gelangen kann. An einem Abgasturbolader-Prüfstand durchgeführte Untersuchungen und Messungen von Schaufelschwingungs-Amplituden mit relevanten Turbinen-Betriebspunkten haben gezeigt, dass durch die Einblasung eines zum Abgas beziehungsweise Abgasstrom zusätzlichen Gases beziehungsweise Gasstroms in den Austrittsbereich der Beschaufelung, insbesondere mit steigendem Druckverhältnis, eine merkliche Amplituden-Reduktion der Schaufelschwingungen der betrachteten Ordnung der Eigenfrequenz bewirkt werden kann. Unter dem zuvor genannten Druckverhältnis ist das Verhältnis eines in dem Sammelraum herrschenden Drucks zu einem in dem Austrittsbereich herrschenden Druck zu verstehen.
Vorzugsweise sind mehrere Durchgangsöffnungen vorgesehen, die über dem Austrittsbereich und somit über der Beschaufelung über deren Umfang angeordnet sind und jeweilige, definierte engste Querschnitte darstellen, durch die ein beispielsweise zusätzlich zum Abgas vorgesehenes Gas beziehungsweise Gasstrom mit einem Druckverhältnis in den Austrittsbereich eingebracht werden kann, wobei das Gas durch die Querschnitte beziehungsweise Durchgangsöffnungen in den Austrittsbereich expandiert. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in dem Sammelraum ein größerer Druck als in dem Austrittsbereich herrscht.
Um eine Turbine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 4 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Gefahr von übermäßigen Schwingungen der Beschaufelung des Turbinenrads besonders gering gehalten werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gehäuse ein erstes Gehäuseteil und ein die Wandung bildendes zweites Gehäuseteil umfasst, welches relativ zu dem ersten Gehäuseteil bewegbar, insbesondere um eine Drehachse drehbar, ist. Hierdurch ist es möglich, das zweite Gehäuseteil beziehungsweise die Wandung und somit die Durchgangsöffnung relativ zum ersten Gehäuseteil zu bewegen, insbesondere zu drehen, sodass die Stellung beziehungsweise Position der Durchgangsöffnung insbesondere relativ zum Turbinenrad und dem ersten Gehäuseteil bedarfsgerecht eingestellt werden kann.
Das zweite Gehäuseteil ist beispielsweise ein Ring, welcher sich in Umfangsrichtung des Turbinenrads beziehungsweise des Austrittsbereichs über dessen Umfang erstreckt. Der Ring ist vorzugsweise in dem ersten Gehäuseteil aufgenommen und beispielsweise relativ zu dem ersten Gehäuseteil um eine Drehachse drehbar. Die Drehachse des Rings beziehungsweise des zweiten Gehäuseteils fällt beispielsweise mit einer Drehachse zusammen, um welche das Turbinenrad relativ zu dem Gehäuse drehbar ist.
Um eine Antriebseinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 5 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Gefahr von übermäßigen Schwingungen der Beschaufelung des Turbinenrads besonders gering gehalten werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung wenigstens einen Verdichter zum Bereitstellen von Luft als das Gas aufweist. Der Verdichter ist beispielsweise ein von der Turbine antreibbarer Verdichter des Abgasturboladers. Alternativ ist der Verdichter ein insbesondere von der Verbrennungskraftmaschine antreibbarer, von dem Verdichter des Abgasturboladers unterschiedlicher Kompressor einer Druckluftanlage für den Kraftwagen, wobei der Kompressor auch als Luftpresser bezeichnet wird. Mittels des Luftpressers beziehungsweise der Druckluftanlage ist wenigstens eine Bremse, insbesondere Betriebsbremse, des beispielsweise als Nutzkraftwagen ausgebildeten Kraftwagens mit Luft, das heißt mit Druckluft, versorgbar.
Durch die Nutzung der vom Verdichter bereitgestellten Luft als das Gas kann das Gas besonders gezielt und bedarfsgerecht in den Austrittsbereich eingebracht werden, wobei es besonders vorteilhafterweise möglich ist, einen ersten Druck des Gases mittels des Verdichters einzustellen, wobei der erste Druck größer als ein im Austrittsbereich herrschender zweiter Druck ist. Hierdurch kann die Gefahr von übermäßigen Schwingungen der Beschaufelung, insbesondere von Laufradschaufeln der Beschaufelung, gering gehalten werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer Turbine für einen Abgasturbolader, mit einem Gehäuse, mit einem in dem Gehäuse aufgenommenen Turbinenrad, welches von Abgas antreibbar ist und eine Beschaufelung mit einem Austrittsbereich aufweist, über welchen das Abgas bei einem Betrieb der Turbine von der Beschaufelung abströmt, und mit wenigstens einer sich in einer Wandung des Gehäuses erstreckenden, über dem Umfangs des Austrittsbereich angeordneten und in den Austrittsbereich mündenden Durchgangsöffnung, über welche ein Gas in den Austrittsbereich einführbar ist, wobei das Gehäuse einen mit der Durchgangsöffnung fluidisch verbundenen und stromauf der Durchgangsöffnung angeordneten Sammelraum für das Gas aufweist, über welchen das Gas der Durchgangsöffnung zuführbar ist;
2 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben der Turbine gemäß 1;
3 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht der Turbine gemäß 2;
4 eine Schaltskizze einer Antriebseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform für einen Kraftwagen;
5 eine Schaltskizze der Antriebseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
6 eine Schaltskizze der Antriebseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Turbine für einen Abgasturbolader eines Kraftwagens. Der Abgasturbolader dient beispielsweise dazu, eine insbesondere als Hubkolben-Verbrennungsmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Kraftwagens mit verdichteter Luft zu versorgen. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst einen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgastrakt, in welchem die von dem Abgas antreibbare Turbine 10 angeordnet ist. Der Abgasturbolader weist einen Verdichter auf, welcher in einem von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, wobei die Luft mittels des Ansaugtrakts zu und insbesondere in wenigstens einen Brennraum, insbesondere Zylinder, der Verbrennungskraftmaschine geführt wird. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, ist die Turbine 10 von dem Abgas antreibbar, wobei der Verdichter des Abgasturboladers von der Turbine 10 antreibbar ist. Durch das Antreiben des Verdichters wird mittels des Verdichters die den Ansaugtrakt durchströmende Luft verdichtet, sodass im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt wird.
Die Turbine 10 umfasst ein von dem Abgas durchströmbares Gehäuse 12, welches auch als Turbinengehäuse bezeichnet wird. Das Gehäuse 12 weist einen Aufnahmebereich 14 auf, in welchem ein Turbinenrad 16 der Turbine 10 aufgenommen ist. Das Turbinenrad 16 ist dabei um eine Drehachse 18 relativ zu dem Gehäuse 12 drehbar. Das Turbinenrad 16 weist eine Nabe 20 sowie eine mit der Nabe 20 verbundene und im Ganzen mit 22 bezeichnete Beschaufelung auf, welche beispielsweise einstückig mit der Nabe 20 ausgebildet ist. Die Beschaufelung 22 umfasst eine Mehrzahl von Laufradschaufeln, von denen in 1 eine mit 24 bezeichnete Laufradschaufel erkennbar ist. Die Beschaufelung 22 weist einen Eintrittsbereich 26 auf, über welchen die Beschaufelung 22 und somit die Laufradschaufel 24 während eines Betriebs der Turbine von dem Abgas angeströmt wird. Mit anderen Worten strömt das Abgas die Beschaufelung 22 über den Eintrittsbereich 26 an, wobei die Strömung des Abgases durch das Gehäuse 12 in 1 durch einen Richtungspfeil 28 veranschaulicht ist. Der Eintrittsbereich 26 umfasst beispielsweise jeweilige Eintrittskanten der Laufradschaufeln, wobei von den Eintrittskanten in 1 die mit 30 bezeichnete Eintrittskante der Laufradschaufel 24 erkennbar ist.
Ferner weist das Turbinenrad 16 einen Austrittsbereich 32 auf, über welchen das Abgas während des Betriebs der Turbine 10 die Beschaufelung 22 und somit die Laufradschaufel 24 abströmt. Der Austrittsbereich 32 umfasst beispielsweise jeweilige Austrittskanten der Laufradschaufeln, wobei das Abgas die Beschaufelung 22 über die Austrittskanten abströmt. Von diesen Austrittskanten ist in 1 die mit 34 bezeichnete Austrittskante der Laufradschaufel 24 erkennbar.
Das Gehäuse 12 kann einstückig ausgebildet sein oder eine Mehrzahl von separat voneinander ausgebildeten und miteinander verbundenen Gehäuseteilen umfassen. Ein solches Gehäuseteil ist in 1 ausschnittsweise erkennbar und mit 36 bezeichnet, wobei ein zweites der Gehäuseteile in 1 ebenfalls ausschnittsweise erkennbar und mit 38 bezeichnet ist. Das Gehäuseteil 38 ist beispielsweise ein Lagergehäuse, an welchem ein Rotor des Abgasturboladers um die Drehachse 18 relativ zum Lagergehäuse drehbar gelagert ist. Der Rotor umfasst das Turbinenrad 16 und eine in 1 nicht erkennbare Welle, welche drehfest mit dem Turbinenrad 16 verbunden ist.
Der im Ansaugtrakt angeordnete Verdichter umfasst beispielsweise ein Verdichtergehäuse sowie ein in dem Verdichtergehäuse aufgenommenes Verdichterrad, mittels welchem die Luft zu verdichten ist beziehungsweise verdichtet wird. Das Verdichterrad ist ebenfalls Bestandteil des genannten Rotors und dabei drehfest mit der Welle verbunden, sodass das Verdichterrad über die Welle von dem Turbinenrad 16 antreibbar ist. Somit ist das Verdichterrad um die Drehachse 18 relativ zu dem Lagergehäuse drehbar. Dadurch, dass das Abgas die Beschaufelung 22 beziehungsweise das Turbinenrad 16 insgesamt anströmt, wird das Turbinenrad 16 angetrieben, sodass in der Folge im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden kann.
In dem Gehäuse 12 ist in Strömungsrichtung des Abgases stromauf des Turbinenrads 16 beispielsweise eine Leiteinrichtung angeordnet, welche eine Mehrzahl von Leitelementen umfasst. Die Leitelemente sind in Umfangsrichtung des Turbinenrads 16 über dessen Umfang angeordnet, wobei von diesen Leitelementen in 1 ein mit 40 bezeichnetes Leitelement erkennbar ist.
Ist die Turbine 10 als Vario-Turbine ausgebildet, so sind die Leitelemente relativ zum Gehäuse 12 bewegbar und insbesondere um eine jeweilige Schwenkachse verschwenkbar. Alternativ dazu ist es denkbar, dass die Turbine 10 als Festgeometrie-Turbine ausgebildet ist, sodass die Leitelemente relativ zu dem Gehäuse 12 unbeweglich sind. Dies ist vorliegend der Fall, sodass das Leitelement 40 beispielsweise als Gehäusezunge ausgebildet ist. Das Leitelement 40 dient zum Leiten des Abgases, sodass das Abgas das Turbinenrad 16, insbesondere die Beschaufelung 22, strömungsgünstig anströmt.
Das Gehäuse 12 weist eine Wandung 42 auf, durch welche die Beschaufelung 22 beziehungsweise die jeweilige Laufradschaufel in radialer Richtung nach außen zumindest teilweise überdeckt ist. Insbesondere ist der Austrittsbereich 32 in radialer Richtung nach außen durch die Wandung 42 zumindest teilweise überdeckt. In der Wandung 42 erstreckt sich wenigstens eine über dem Umfangs des Austrittsbereich 32 angeordnete Durchgangsöffnung 44, welche in den Austrittsbereich 32 mündet. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, ist ein Gas, insbesondere eine von dem Abgas unterschiedliches Gas wie beispielsweise Luft, über die Durchgangsöffnung 44 in den Austrittsbereich 32 einführbar.
Um nun die Gefahr von übermäßigen Schwingungen der Beschaufelung 22, das heißt der Laufradschaufeln, besonders gering zu halten, weist das Gehäuse 12 einen mit der Durchgangsöffnung 44 fluidisch verbundenen und stromauf der Durchgangsöffnung 44 angeordneten Sammelraum 46 für das Gas auf, wobei der Durchgangsöffnung 44 über den Sammelraum 46 das Gas (Luft) zuführbar ist. Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen vorgesehen, wobei die vorigen und folgenden Ausführungen zur Durchgangsöffnung 44 auf die anderen Durchgangsöffnungen ohne Weiteres übertragbar sind.
Aus 1 ist am Beispiel der Durchgangsöffnung 44 erkennbar, dass die Durchgangsöffnungen einerseits in den Sammelraum 46 und andererseits in den Austrittsbereich 32 münden, sodass sich das Gas zunächst im Sammelraum 46 sammeln, vom Sammelraum 46 in die jeweilige Durchgangsöffnung einströmen, die jeweilige Durchgangsöffnung durchströmen und von der jeweiligen Durchgangsöffnung in den Austrittsbereich 32 strömen kann. Diese Strömung des Gases ist in 1 durch einen gestrichelten Richtungspfeil 48 veranschaulicht. Ein Aufbau ohne den Sammelraum 46, bei welchem die als Einblasöffnung fungierende Durchgangsöffnung 44 direkt von einer das Gas bereitstellenden Speisungsquelle mit dem Gas versorgt wird, ist ebenfalls denkbar. Jedoch lässt sich durch den Einsatz des Sammelraums 46 die Gefahr von übermäßigen Schwingungen der Laufradschaufel besonders gering halten. Als Sammelraum 46 ist im weiteren Sinne bei verschiedenen Ausführungen der Schaufeldämpfungsvorrichtung auch der Abgaskrümmer, der Turbinenzulaufkanal oder der Turbinenspiralkanal als Gas-Quelle zu verstehen.
Im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben der Turbine 10 ist es somit vorgesehen, während des Betriebs der Turbine 10 zumindest zeitweise beziehungsweise vorübergehend das vorzugsweise von dem das Turbinenrad 16 antreibenden Abgas unterschiedliche Gas (Luft) über die Durchgangsöffnung 44, insbesondere aus dem Sammelraum 46, in den Austrittsbereich 32 einzublasen beziehungsweise einzuführen, wodurch übermäßige Schwingungen der Laufradschaufeln vermieden werden können. Die Durchgangsöffnungen stellen somit jeweilige Öffnungen oder engste Querschnitte dar, die über dem Umfang der Beschaufelung 22 – wie aus 3 erkennbar ist – mit einem vorgebbaren Abstand ε_x zueinander und einer spezifizierten beziehungsweise vorgebbaren Winkellage γ_x zur Radialen 50 angeordnet sind. Mit anderen Worten weist die jeweilige Durchgangsöffnung 44 eine Durchtrittsrichtung auf, in welche die Durchgangsöffnung 44 von dem Gas durchströmbar ist. Die Durchtrittsrichtung fällt beispielsweise mit der Längserstreckungsrichtung der jeweiligen Durchgangsöffnung 44 zusammen. Dabei verläuft die Durchtrittsrichtung schräg zur radialen Richtung. Mit anderen Worten schließt die Durchtrittsrichtung beziehungsweise Längserstreckungsrichtung einen Winkel beziehungsweise die Winkellage γ_x mit der Radialen 50 ein. Mit φ ist eine Winkel-Zuordnung der Durchgangsöffnung 44 zur Gehäusezunge (Leitelement 40) bezeichnet.
Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die jeweiligen Abstände ε_x zwischen den mehreren Durchgangsöffnungen 44 gleich sind, so dass die Durchgangsöffnungen 44 in Umfangsrichtung des Austrittsbereichs 32 paarweise gleich voneinander beabstandet sind.
Von großer Bedeutung ist auch die Zuordnung der jeweiligen, als Einblasöffnung ausgebildeten Durchgangsöffnung zu einer eintrittsseitigen und in 3 mit 52 bezeichneten Störstelle, welche auch als Störung oder Anregung bezeichnet wird, wobei es sich bei dieser Störstelle 52 beispielsweise um die Gehäusezunge, Leitschaufeln und/oder andere Bauelemente handeln kann. Diese Zuordnung kann über die Winkelzuordnung φ geschaffen werden, wodurch eine zumindest nahezu optimale Abstimmung zur Amplitudenbeeinflussung an die relevanten Betriebsbereiche der Turbine mit durchgeführt wird.
Vorstellbar ist in einer Weiterentwicklungsstufe die Realisierung einer variablen Winkelzuordnung φ der eintrittsseitigen zur zusätzlich austrittsseitigen Störquelle der Einblasstelle, an welcher das Gas dem Austrittsbereich 32 zugeführt wird, wodurch diese Variabilität als Reglungsgröße mit aufgenommen werden kann. Diese Variabilität ist in 3 veranschaulicht. Die Wandung 42 kann relativ zum übrigen Gehäuse 12 unbeweglich sein. Alternativ ist es denkbar, dass die Wandung 42 durch ein Gehäuseteil 54 gebildet ist, welches relativ zu den anderen Gehäuseteilen 36 und 38 bewegbar und insbesondere um die Drehachse 18 drehbar ist. Aus 3 ist erkennbar, dass das Gehäuseteil 54 als drehbarer Ring ausgebildet sein kann. Die Durchgangsöffnungen 44 sind beispielsweise als Bohrungen ausgebildet, welche über dem Austrittsbereich 32 beziehungsweise dessen Umfang in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Ist der Ring beispielsweise feststehend, so kann die Winkelzuordnung φ nicht verändert werden. Ist der Ring (Gehäuseteil 54) jedoch insbesondere um die Drehachse 18 drehbar, so kann die Winkelzuordnung φ variabel eingestellt werden. Durch das Einblasen des beispielsweise von dem Abgas unterschiedlichen Gases kann eine Dämpfung von Schaufelschwingungen bewirkt werden, wobei auch in Betriebsbereichen eine Auslöschung der Schaufelschwingung durch Interferenz der eintritts- und die zusätzlichen austrittsseitigen Störungen angestrebt wird.
2 zeigt ein Prinzipdiagramm, auf dessen Abszisse 56 ein Einblasdruckverhältnis aufgetragen ist. Auf der Ordinate 58 sind die Amplituden der Schwingungen der Laufradschaufeln im Austrittsbereich 32 aufgetragen. Das Einblasdruckverhältnis ist ein Druckverhältnis zwischen einem im Sammelraum 46 herrschenden ersten Druck und einem im Austrittsbereich 32 herrschenden, zweiten Druck, wobei das Gas mit diesem Druckverhältnis (Einblasdruckverhältnis) in den Austrittsbereich 32 eingebracht wird. Vorzugsweise ist das Druckverhältnis größer als 1, sodass der erste Druck größer als der zweite Druck ist.
In 2 ist ein Hüllbereich 59 erkennbar, wobei der Hüllbereich 59 der Hüllbereich der Schwingungsamplituden der gesamten Laufradschaufeln in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis des Gases für eine Eigenfrequenzordnung x zeigt. Der Hüllbereich 59 ist somit ein Amplituden-Bereich aller Radschaufeln der Eigenfrequenz-Ordnung x. Der Hüllbereich 59 der gesamten Laufradschaufeln kommt aus der Streuung zustande, die aus Geometrieunterschieden der einzelnen Laufradschaufeln zueinander, wie auch aus Unterschieden im Gussgefüge oder auch aus Unterschieden in der lokalen Werkstoffzusammensetzung resultiert. Oberhalb einer kritischen Amplitude 60 steigt die Wahrscheinlichkeit stark an, dass das Durchfahren der resonanzrelevanten Ordnungen x zu Radausfällen vor der zugesicherten Lebensdauer erfolgt. Durch die Aufbringung eines Druckverhältnisses, das das Grenzdruckverhältnis bezogen auf alle Radschaufeln überschreitet, erreicht man Schaufelschwingungsamplituden, die sich unterhalb des kritischen Wertes befinden und somit einen funktionssicheren Turbinenlauf der gewünschten Lebensdauer ermöglichen.
Aus 3 ist besonders gut erkennbar, dass der Sammelraum 46 mit dem unter Druck stehenden Gas gespeist wird. Als Speisungsquelle für die Gaszuführung in den Sammelraum 46 beziehungsweise die Durchgangsöffnung 44 kann zum Beispiel die mittels des Verdichters verdichtete Luft stromab des Verdichters, das Abgas stromab von Auslassventilen der Verbrennungskraftmaschine oder extern erzeugte Druckluft genutzt werden.
Die Anregung von Schwingungen der Beschaufelung 22 wird beispielsweise durch wenigstens ein Störelement (Störstelle 52) bewirkt, wobei vorliegend als dieses Störelement für Schwingungsanregungen der Beschaufelung 22 die Gehäusezunge vor dem Turbinenrad 16 als Ursache für Strömungsnachläufe mit Ablösegebieten angedeutet ist. Das Dämpfungsglied mittels der zusätzlichen in den äußeren Turbinenradkanal auf die Radbeschaufelung einströmenden Gasmasse besteht aus der Expansionsstrecke mit dem Druckverhältnis zwischen dem Sammelraum 46 und dem Austrittsbereich 32. Im Falle, dass Abgas für die Dämpfung oder Auslöschung der Schaufelschwingungen Verwendung findet, das heißt in dem Falle, dass als das Gas das Abgas der Verbrennungskraftmaschine verwendet wird, beläuft sich das Druckverhältnis für die Abgasexpansion vorteilhafterweise nahe an dem Turbinendruckverhältnis der betreffenden Eintrittsflut der Turbine 10. Des Weiteren kann auch Pressluft nach dem Verdichter des Abgasturboladers in einem Umblasekanal zum Sammelraum 46 der Dämpfungsvorrichtung zum Beispiel in einer Turbobremsphase für Turbobrake-Turbinen nutzbare Anwendung finden. Die Vorrichtung, das heißt die Durchgangsöffnungen 44 kann beziehungsweise können auch zur Abblasung beziehungsweise Teilabblasung beim Öffnen des Waste-Gates für die Schaufeldämpfung vorteilhaft mit genutzt werden, wodurch eine nur geringe Modifikation von vorhandenen Waste-Gate-Vorrichtungen durchgeführt werden muss. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Vorrichtung so auszulegen und einzusetzen, dass ein Unterstützen des transienten Verhaltens der Turbine 10 erreicht wird.
Das zu entwickelnde Know-how zur Schwingungsdämpfung oder Auslöschung der Schwingung in bestimmten Betriebsbereichen steckt in der Anordnung und Anzahl der als Einblasöffnungen fungierenden Durchgangsöffnungen, zusammen mit der definierten Nutzung der Druckwellen des Einblasmediums. Wie bereits erwähnt, kann man die auch als Öffnungskanäle bezeichneten Durchgangsöffnungen 44 mit einer spezifizierten Winkellage γ_x zur Radialen 50 anordnen und die Durchgangsöffnungen 44 zueinander mittels der Winkellage ε_x definieren. Die Kopplung der Einblasöffnungen zu der eintrittsseitigen Störstelle 52, welche beispielsweise die Gehäusezunge oder eine Leitschaufel oder ein anderes Bauelement ist, wird mit einem vorteilhaften Winkel beziehungsweise der Winkelzuordnung φ erfolgen oder sogar mittels eines Drehbereichs Δφ eine Anpassung an unterschiedliche Betriebszustände geschaffen.
4 zeigt eine Antriebseinrichtung 61 gemäß einer ersten Ausführungsform, welche die in 4 mit 63 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine umfasst. Die Verbrennungskraftmaschine 63 weist einen Zylinderblock 65 mit ersten Zylindern 62 und zweiten Zylindern 64 auf. Die ersten Zylinder 62 bilden eine erste Zylindergruppe, wobei die zweiten Zylinder 64 eine zweite Zylindergruppe bilden. Die Antriebseinrichtung 61 umfasst den mit 66 bezeichneten Abgasturbolader mit der Turbine 10, welche vorliegend als zweiflutige Turbine ausgebildet ist und demzufolge eine erste Flut 68 und eine zweite Flut 70 aufweist.
Der Ansaugtrakt ist in 4 mit 72 bezeichnet, wobei in dem Ansaugtrakt 72 stromauf des mit 74 bezeichneten Verdichters ein Luftfilter 76 zum Filtern der Luft, welche von der Verbrennungskraftmaschine 63 angesaugt wird, angeordnet ist. Stromauf des Luftfilters 76 weist die Luft einen Druck u auf, welcher dem Umgebungsdruck entspricht. Stromab des Luftfilters 76 und stromauf des mit 78 bezeichneten Verdichterrads weist die Luft einen Druck 1 auf.
Durch das Verdichten wird die Luft erwärmt. Zur Realisierung eines besonders hohen Aufladegrads ist im Ansaugtrakt 72 stromauf der Zylinder 62 und 64 eine Kühleinrichtung in Form eines Ladeluftkühlers 80 angeordnet, mittels welchem die verdichtete und dadurch erwärmte Luft gekühlt wird, bevor die verdichtete Luft in die Zylinder 62 und 64 einströmt. Stromab des Ladeluftkühlers 80 und stromauf der Zylinder 62 und 64 weist die Luft einen Druck 2S auf. Die Verbrennungskraftmaschine 63 weist eine Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle 82 auf, über welche die Verbrennungskraftmaschine 63 Drehmomente zum Antreiben des Kraftwagens bereitstellt.
Der Abgastrakt, in welchem die Turbine 10 angeordnet ist, ist in 4 mit 84 bezeichnet. Im Abgastrakt 84 ist ein Krümmer angeordnet, mittels welchem die Zylinder 62 beziehungsweise das Abgas aus den Zylindern 62 zu einer ersten Flut 86 und die Zylinder 64 beziehungsweise das Abgas aus den Zylindern 64 zu einer zweiten Flut 88 zusammengeführt werden beziehungsweise wird. Die Flut 86 wird auch als Abgasflut bezeichnet und ist mit der Flut 68 verbunden, sodass das Abgas aus der Flut 86 in die Flut 68 einströmen kann. Die Flut 88 wird auch als Abgasflut bezeichnet und ist mit der Flut 70 fluidisch verbunden, sodass das Abgas aus der Flut 88 in die Flut 70 einströmen kann. Stromab der Zylinder 62 und 64 und stromauf der Turbine 10 weist das Abgas einen Druck 3 auf, wobei das Abgas mittels der Turbine 10 expandiert wird. Stromab der Turbine weist das Abgas somit einen gegenüber dem Druck 3 geringeren Druck 4 auf. Im Abgastrakt 84 ist stromab der Turbine 10 eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 90 angeordnet, wobei das Abgas stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung 90 einen Druck 5 aufweist, welcher dem Druck u und somit den Umgebungsdruck entspricht.
Unter der Anordnung der Durchgangsöffnung 44 über dem Umfang des Austrittsbereichs 32 ist zu verstehen, dass zumindest ein Teil des Austrittsbereichs 32 in radialer Richtung nach außen hin durch die Wandung 42 beziehungsweise die Durchgangsöffnung 44 überdeckt ist, sodass insbesondere das Gas zusätzlich zu dem das Turbinenrad über den Austrittsbereich 32 abströmenden Abgas den Austrittsbereich 32 anströmen kann. Mit anderen Worten ist die Beschaufelung 22 in einem von dem das Turbinenrad 16 antreibenden Abgas durchströmbaren Strömungspfad angeordnet, wobei die Durchgangsöffnung 44 in einem zusätzlich zum Strömungspfad vorgesehenen, zweiten Strömungspfad angeordnet ist. Die Erkenntnisse zu variablen, zweiflutigen Turbinen in der Zungenschieber-Segment-Bauweise sind mittlerweise so weit fortgeschritten, dass in den nächsten Jahren sehr wahrscheinlich wird, dass hier eine Serienrelevanz entsteht und dann auch die Druck-Quellen der schaufeldämpfenden Einblasung aus der Flut 86, der Flut 88 und/oder aus dem Ansaugtrakt 72 in Verbindung mit der Regelung der Variabilität eine vorteilhafte Abhängigkeit entwickeln kann. Die Variabilität ist beispielsweise ein Zungenschieber, welcher eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Turbinenrads 16 über dessen Umfang angeordnete und relativ zum Turbinenrad 16, insbesondere um die Drehachse 18, verschiebbare Zungen aufweist.
Darüber hinaus umfasst die Antriebseinrichtung 61 eine Abgasrückführeinrichtung 92 mit wenigstens einer Abgasrückführleitung 94. Die Abgasrückführleitung 94 ist einerseits fluidisch mit dem Abgastrakt 84 und andererseits fluidisch mit dem Ansaugtrakt 72 verbunden, wobei die Abgasrückführleitung 94 stromab des Luftfilters 76 und stromauf des Verdichterrads 78 fluidisch mit dem Ansaugtrakt 72 verbunden ist. Ferner ist die Abgasrückführleitung 94 stromab des Turbinenrads 16 und stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung 90 fluidisch mit dem Abgastrakt 84 verbunden. Mittels der Abgasrückführleitung 94 kann zumindest ein Teil des Abgases aus dem Abgastrakt 84 abgezweigt und zu dem Ansaugtrakt 72 rückgeführt und in den Ansaugtrakt 72 eingeleitet werden.
Die Abgasrückführeinrichtung 92 umfasst ferner ein in der Abgasrückführleitung 94 angeordnetes Kühlelement in Form eines Abgasrückführkühlers 96, mittels welchem das rückzuführende Abgas gekühlt wird. Ferner umfasst die Abgasrückführeinrichtung 92 ein Abgasrückführventil 98, welches in der Abgasrückführleitung 94 angeordnet ist. Mittels des Abgasrückführventils 98 (AGR-Ventil) wird eine Menge des rückzuführenden Abgases eingestellt.
Die Antriebseinrichtung 61 weist ein Ventil 100 auf, welches ein Abblaseventil, das heißt ein sogenanntes Waste-Gate-Ventil, des Abgasturboladers 66 sein kann. Mittels des Ventils 100 wird eine Menge des dem Sammelraum 46 und somit dem Austrittsbereich 32 zuzuführenden Gases eingestellt. Wie aus 4 erkennbar ist, ist eine Recheneinrichtung 102 vorgesehen, welche beispielsweise als Steuergerät ausgebildet ist. Mittels der Recheneinrichtung 102 kann eine Regelung der Menge des Gases erfolgen. Beispielsweise wird mittels der Recheneinrichtung 102 die Drehzahl des Rotors beziehungsweise der in 4 mit 104 bezeichneten Welle des Rotors erfasst. Ferner wird mittels der Recheneinrichtung 102 der Druck 2s erfasst, welcher auch als Ladedruck bezeichnet wird. In Abhängigkeit von der erfassten Drehzahl und dem erfassten Ladedruck wird mittels der Recheneinrichtung 102 das Ventil 100 angesteuert, um dadurch über das Ventil 100 die Menge des über die Durchgangsöffnungen in den Austrittsbereich 32 einzubringenden Gases einzustellen. Mit anderen Worten wird das Gas, welches auch als Einblasmedium bezeichnet wird, mittels des Ventils 100 über eine Regelung, insbesondere in Abhängigkeit von der Drehzahl des Abgasturboladers 66, dem Hauptstrom des Abgases zumindest in bestimmten kritischen Betriebsbereichen zur Schaufeldämpfung zudosiert. Anstelle einer Regelung ist auch eine einfache Steuerung des Ventils 100 denkbar, das beispielsweise über den Ladedruck oder den Turbineneintrittsdruck gegen eine Feder kontinuierlich geöffnet oder geschlossen werden kann. 4 zeigt eine Einblasung des Gases in Form einer Lufteinblasung, welche als Umblasung in den Austrittsbereich 32 dargestellt ist. Da die Abgasrückführleitung 94 stromab des Turbinenrads 16 mit dem Abgastrakt 84 fluidisch verbunden ist, ist eine Niederdruck-Abgasrückführung geschaffen.
5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Antriebseinrichtung 61. Bei der zweiten Ausführungsform ist eine Hochdruck-Abgasrückführung geschaffen, da die Abgasrückführleitung 94 stromauf des Turbinenrads 16 mit dem Abgastrakt 84 und vorliegend mit der Flut 86 fluidisch verbunden ist. Dadurch kann zumindest ein Teil des die Flut 86 durchströmenden Abgases abgezweigt und zum Ansaugtrakt 72 über die Abgasrückführleitung 94 rückgeführt werden. Aus 5 ist erkennbar, dass beispielsweise auch das Abgasrückführventil 98 mittels der Recheneinrichtung 102 geregelt wird, um dadurch die Menge des rückzuführenden Abgases geregelt einzustellen.
Bei der ersten Ausführungsform der Antriebseinrichtung 61 sind die Durchgangsöffnungen des Sammelraums 46 an einer Verbindungsstelle V fluidisch mit dem Ansaugtrakt 72 verbunden, wobei die Verbindungsstelle V stromab des Verdichterrads 78 und stromauf der Zylinder 62 und 64, insbesondere stromauf des Ladeluftkühlers 80, angeordnet ist. Dadurch kann an der Verbindungsstelle V zumindest ein Teil der den Ansaugtrakt 72 durchströmenden Luft abgezweigt werden. Diese abgezweigte Luft kann schließlich in den Sammelraum 46 einströmen. Das Gas ist somit die mittels des Verdichters 74 verdichtete Luft.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich – wie in 5 dargestellt –, als Gas zum Dämpfen beziehungsweise Reduzieren der Schaufelschwingungen auch das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 63 zu nutzen. Hierbei sind die Durchgangsöffnungen beziehungsweise der Sammelraum 46 an einer Abzweigstelle A fluidisch mit dem Abgastrakt 84, insbesondere der Flut 86, verbunden, sodass zumindest ein Teil des die Flut 68 durchströmenden Abgases an der Abzweigstelle A abgezweigt werden kann. Dieses abgezweigte Abgas kann schließlich in den Sammelraum 46 beziehungsweise die Durchgangsöffnungen strömen. Auch hierbei wird die Dämpfung der Beschaufelung 22 mittels des als Dosierungsventil ausgebildeten Ventils 100 eingestellt, das heißt geregelt oder gesteuert, oder beispielsweise mittels präzise ausgelegter Verbindungsbohrungen selbstregelnd ausgeführt, welche Pressluft, Abgas von der Verdichter- und/oder Auslassseite in den Sammelraum 46 vor den Durchgangsöffnungen einströmen lassen. Das eingeblasene Abgas wird im gezeigten Schaltungsbeispiel von der Flut 86 abgezweigt, welche eine AGR-Flut darstellt. Dabei ist die Abzweigstelle A vor dem Turbinenrad 16 und insbesondere vor der als zweiflutige, asymmetrische Turbine ausgebildeten Turbine 10 angeordnet. Es können auch Anwendungen vorteilhaft sein, bei denen die Abzweigung der Einblasmenge beziehungsweise des Gases aus der Flut 88 erfolgt, welche eine sogenannte Lambda-Flut ist.
6 zeigt schließlich eine dritte Ausführungsform der Antriebseinrichtung 61. Bei der dritten Ausführungsform sind nicht zwei voneinander getrennte Fluten 86 und 88 vorgesehen, sondern die Zylinder 62 und 64 beziehungsweise ihr Abgas sind beziehungsweise ist zu einer gemeinsamen Flut 89 zusammengeführt. Als das Gas zum Reduzieren beziehungsweise Dämpfen der Schwingungen der Beschaufelung 22 wird das die Flut 89 durchströmende Abgas verwendet, welches beispielsweise über das Ventil 100 bedarfsgerecht dem Sammelraum 46 beziehungsweise den Durchgangsöffnungen zugeführt wird.
Bei der dritten Ausführungsform der Antriebseinrichtung 61 ist das Gehäuseteil 54 vorgesehen, dessen Stellung beziehungsweise Position mittels der Recheneinrichtung 102, insbesondere geregelt oder gesteuert, eingestellt werden kann. Die Turbine 10 ist dabei als Varioturbine ausgebildet. Dies bedeutet beispielsweise, dass die Turbine 10 eine stromauf des Turbinenrads 16 angeordnete Stelleinrichtung 106 umfasst, welche relativ zu dem Gehäuse 12 verstellbar ist, um dadurch Strömungsbedingungen stromauf des Turbinenrads 16 zu variieren. Aus 6 ist erkennbar, dass auch die Stelleinrichtung 106, welche als Variabilität bezeichnet wird, in ihrer Stellung beziehungsweise Position mittels der Recheneinrichtung 102, insbesondere geregelt oder gesteuert, einstellbar ist.
Die Flut 89 ist mit der Turbine 10 verbunden, sodass die Turbine 10 als einflutige Varioturbine mit der eindeutigen Abzweigungsmöglichkeit für die Abgasbeaufschlagung des Austrittsbereichs 32 ausgebildet ist.
Bezugszeichenliste

10: Turbine
12: Gehäuse
14: Aufnahmeraum
16: Turbinenrad
18: Drehachse
20: Nabe
22: Beschaufelung
24: Laufradschaufel
26: Eintrittsbereich
28: Richtungspfeil
30: Eintrittskante
32: Austrittsbereich
34: Austrittskante
36: Gehäuseteil
38: Gehäuseteil
40: Leitelement
42: Wandung
44: Durchgangsöffnung
46: Sammelraum
48: Richtungspfeil
50: Radiale
52: Störstelle
54: Gehäuseteil
56: Abszisse
58: Ordinate
59: Hüllbereich
60: kritische Amplitude
61: Antriebseinrichtung
62: Zylinder
63: Verbrennungskraftmaschine
64: Zylinder
65: Zylinderblock
66: Abgasturbolader
68: Flut
70: Flut
72: Ansaugtrakt
74: Verdichter
76: Luftfilter
78: Verdichterrad
80: Ladeluftkühler
82: Kurbelwelle
84: Abgastrakt
86: Flut
88: Flut
89: Flut
90: Abgasnachbehandlungseinrichtung
92: Abgasrückführeinrichtung
94: Abgasrückführleitung
96: Abgasrückführkühler
98: Abgasrückführventil
100: Ventil
102: Recheneinrichtung
104: Welle
106: Stelleinrichtung
1: Druck
2: Druck
2s: Druck
3: Druck
4: Druck
5: Druck
u: Druck
φ: Winkelzuordnung
γ_x: Winkellage
ε_x: Winkellage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0537503 A1 [0002]
DE 102005011482 A1 [0008]

Claims

Turbine (10) für einen Abgasturbolader (66), mit einem Gehäuse (12), mit einem in dem Gehäuse (12) aufgenommen Turbinenrad (16), welches von Abgas antreibbar ist und eine Beschaufelung (22) mit einem Austrittsbereich (32) aufweist, über welchen das Abgas bei einem Betrieb der Turbine (10) von der Beschaufelung (22) abströmt, und mit wenigstens einer sich in einer Wandung (42) des Gehäuses (12) erstreckenden, über dem Umfang des Austrittsbereichs (32) angeordneten und in den Austrittsbereich (32) mündenden Durchgangsöffnung (44), über welche ein Gas in den Austrittsbereich (32) einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) einen mit der Durchgangsöffnung (44) fluidisch verbundenen und stromauf der Durchgangsöffnung (44) angeordneten Sammelraum (46) für das Gas aufweist, über welchen das Gas der Durchgangsöffnung (44) zuführbar ist.
Turbine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelraum (46) ein größeres Volumen als die Durchgangsöffnung (44) aufweist.
Turbine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelraum (46) mit von einem Verdichter (74) des Abgasturboladers (66) bereitgestellter Luft als dem Gas versorgbar ist.
Turbine (10) für einen Abgasturbolader (66), mit einem Gehäuse (12), mit einem in dem Gehäuse (12) aufgenommen Turbinenrad (16), welches von Abgas antreibbar ist und eine Beschaufelung (22) mit einem Austrittsbereich (32) aufweist, über welchen das Abgas bei einem Betrieb der Turbine (10) von der Beschaufelung (22) abströmt, und mit wenigstens einer sich in einer Wandung (42) des Gehäuses (12) erstreckenden, über dem Umfang des Austrittsbereichs (32) angeordneten und in den Austrittsbereich (32) mündenden Durchgangsöffnung (44), über welche ein Gas in den Austrittsbereich (32) einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) wenigstens ein erstes Gehäuseteil (36, 38) und ein die Wandung (42) bildendes zweites Gehäuseteil (54) umfasst, welches relativ zu dem ersten Gehäuseteil (36, 38) bewegbar ist.
Turbine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (44) eine Durchtrittsrichtung aufweist, in welche die Durchgangsöffnung (44) von dem Gas durchströmbar ist, wobei die Durchtrittsrichtung schräg zur radialen Richtung verläuft.
Turbine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von über dem Umfang des Austrittsbereichs (32) angeordneten und in den Austrittsbereich (32) mündenden Durchgangsöffnungen (44), über welche das Gas in den Austrittsbereich (32) einführbar ist, vorgesehen ist, wobei die Durchgangsöffnungen (44) in Umfangsrichtung des Austrittsbereichs (32) paarweise gleich voneinander beabstandet sind.
Antriebseinrichtung (61) für einen Kraftwagen, mit einer Verbrennungskraftmaschine (63), mit wenigstens einem Abgasturbolader (66) mit einer Turbine (10), welche ein Gehäuse (12) und ein in dem Gehäuse (12) aufgenommenes Turbinenrad (16) umfasst, das von Abgas antreibbar ist und eine Beschaufelung (22) mit einem Austrittsbereich (32) aufweist, über welchen das Abgas bei einem Betrieb der Turbine (10) von der Beschaufelung (22) abströmt, und mit wenigstens einer sich in einer Wandung (42) des Gehäuses (12) erstreckenden, über dem Umfangs des Austrittsbereichs (32) angeordneten und in den Austrittsbereich (32) mündenden Durchgangsöffnung (44), über welche ein Gas in den Austrittsbereich (32) einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (61) wenigstens einen Verdichter (74) zum Bereitstellen von Luft als das Gas aufweist.
Antriebseinrichtung (61) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (74) ein von der Turbine (66) antreibbarer Verdichter (74) des Abgasturboladers (66) ist.
Antriebseinrichtung (61) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasturbolader (66) einen zweiten Verdichter (74) zum Verdichten von der Verbrennungskraftmaschine (61) zuzuführenden Luft aufweist, wobei der erste Verdichter ein, insbesondere von der Verbrennungskraftmaschine (61) antreibbarer, von dem zweiten Verdichter (74) unterschiedlicher Kompressor einer Druckluftanlage für den Kraftwagen ist.
Antriebseinrichtung (61) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) einen mit der Durchgangsöffnung (44) fluidisch verbundenen und stromauf der Durchgangsöffnung (44) angeordneten Sammelraum (46) für das Gas aufweist, über welchen das Gas der Durchgangsöffnung (44) zuführbar ist.
Verfahren zum Betreiben einer Turbine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 beziehungsweise einer Antriebseinrichtung (61) nach einem der Ansprüche 7 bis 10.