DE102015012727A1 - Valve element for a turbine of an exhaust gas turbocharger - Google Patents

Valve element for a turbine of an exhaust gas turbocharger Download PDF

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Viktor Buchmiller
Sunny Junge
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventilelement (10) für eine von Abgas durchströmbare Turbine eines Abgasturboladers, mit einem Ventilkörper (12), mittels welchem eine einen Umgehungskanal der Turbine durchströmende erste Menge des Abgases und eine eine von dem Umgehungskanal unterschiedliche Überströmöffnung zum fluidischen Verbinden von zwei Fluten der Turbine durchströmende zweite Menge des Abgases einstellbar sind, und mit wenigstens einem von dem Ventilkörper (12) abstehenden Hebelelement (18), über welches der Ventilkörper (12) mit einem Aktor zum Bewegen des Ventilelements (10) koppelbar ist, wobei der Ventilkörper (12) einstückig mit dem Hebelelement (18) ausgebildet ist.The invention relates to a valve element (10) for a turbine of an exhaust gas turbocharger which can be flowed through by exhaust gas, having a valve body (12) by means of which a first quantity of the exhaust gas flowing through a bypass channel of the turbine and an overflow opening different from the bypass channel for the fluidic connection of two floods The second quantity of the exhaust gas flowing through the turbine can be set, and with at least one lever element (18) projecting from the valve body (12), via which the valve body (12) can be coupled to an actuator for moving the valve element (10), wherein the valve body ( 12) is formed integrally with the lever element (18).

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventilelement für eine Turbine eines Abgasturboladers.The invention relates to a valve element for a turbine of an exhaust gas turbocharger.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau ist es bekannt, Verbrennungskraftmaschinen zum Antreiben von Kraftwagen mit Abgasturboladern auszustatten, um einen effizienten Betrieb der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine zu realisieren. Ein solcher Abgasturbolader umfasst eine von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbare sowie von dem Abgas antreibbare Turbine. Ferner umfasst der Abgasturbolader einen von der Turbine antreibbaren Verdichter zum Verdichten von Luft. Die mittels des Verdichters verdichtete Luft kann der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden. Da der Verdichter von der Turbine und die Turbine von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist, kann im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden.From the general state of the art and in particular from mass-produced vehicles, it is known to equip internal combustion engines for driving motor vehicles with exhaust gas turbochargers in order to realize efficient operation of the respective internal combustion engine. Such an exhaust gas turbocharger comprises a turbine through which exhaust gas can flow through the internal combustion engine and can be driven by the exhaust gas. Furthermore, the exhaust gas turbocharger comprises a compressor drivable by the turbine for compressing air. The compressed by means of the compressor air can be supplied to the internal combustion engine. Since the compressor of the turbine and the turbine of the exhaust gas of the internal combustion engine is drivable, energy contained in the exhaust gas can be used to compress the air.

Üblicherweise weist eine solche Turbine ein Turbinengehäuse und ein im Turbinengehäuse drehbar aufgenommenes Turbinenrad sowie einen Umgehungskanal auf, über welchen zumindest ein Teil des Abgases das Turbinenrad umgehen kann. Mit anderen Worten ist das Turbinenrad über den Umgehungskanal von zumindest einem Teil des Abgases zu umgehen. Dies bedeutet, dass das den Umgehungskanal durchströmende Abgas das Turbinenrad nicht anströmt und demzufolge nicht antreibt. Der Umgehungskanal wird auch als Wastegate oder Bypass bezeichnet und wird insbesondere dazu genutzt, den Ladedruck des Abgasturboladers einzustellen.Typically, such a turbine has a turbine housing and a turbine wheel rotatably received in the turbine housing and a bypass passage, via which at least a portion of the exhaust gas can bypass the turbine wheel. In other words, it is necessary to bypass the turbine wheel via the bypass channel of at least part of the exhaust gas. This means that the exhaust gas flowing through the bypass channel does not flow against the turbine wheel and consequently does not drive. The bypass channel is also referred to as wastegate or bypass and is used in particular to adjust the boost pressure of the exhaust gas turbocharger.

Darüber hinaus sind aus dem allgemeinen Stand der Technik mehrflutige, insbesondere zweiflutige, Turbinen bekannt. Dabei weist die Turbine wenigstens zwei von dem Abgas durchströmbare Fluten auf, mittels welchen das Abgas zu dem Turbinenrad geführt wird. Die Fluten sind dabei zumindest teilweise fluidisch voneinander getrennt.In addition, from the general state of the art multi-flow, especially double-flow, turbines are known. In this case, the turbine has at least two floods through which the exhaust gas can flow, by means of which the exhaust gas is guided to the turbine wheel. The floods are at least partially fluidly separated from each other.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ventilelement zu schaffen, mittels welchem ein besonders vorteilhafter Betrieb einer Turbine eines Abgasturboladers realisierbar ist.Object of the present invention is to provide a valve element by means of which a particularly advantageous operation of a turbine of an exhaust gas turbocharger can be realized.

Diese Aufgabe wird durch ein Ventilelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a valve element having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Das erfindungsgemäße Ventilelement für eine von Abgas durchströmbare und von dem Abgas antreibbare Turbine eines Abgasturboladers weist einen Ventilkörper auf, mittels welchem eine einen Umgehungskanal der Turbine durchströmende erste Menge des Abgases und eine eine von dem Umgehungskanal unterschiedliche Überströmöffnung zum fluidischen Verbinden von zwei Fluten der Turbine durchströmende zweite Menge des Abgases einstellbar sind. Die Turbine weist somit beispielsweise wenigstens zwei von dem Abgas durchströmbare Fluten auf, welche zumindest in jeweiligen Teilbereichen beziehungsweise Längenbereichen fluidisch voneinander getrennt sind. Die Turbine weist ferner wenigstens eine Überströmöffnung auf, über welche die Fluten fluidisch miteinander verbindbar sind, da die Überströmöffnung an sich von Abgas durchströmbar ist. Der Ventilkörper ist nun dazu ausgebildet, im fertig hergestellten Zustand der Turbine eine die Überströmöffnung durchströmende zweite Menge des Abgases einzustellen.The valve element according to the invention for a turbine of an exhaust gas turbocharger which can be driven by exhaust gas and can be driven by the exhaust gas has a valve body, by means of which a first quantity of the exhaust gas flowing through a bypass channel of the turbine and an overflow opening different from the bypass channel for fluidically connecting two flows of the turbine second amount of the exhaust gas are adjustable. The turbine thus has, for example, at least two floods through which exhaust gas can flow, which are fluidically separated from one another, at least in respective partial regions or longitudinal regions. The turbine further has at least one overflow opening, via which the flows can be fluidly connected to one another, since the overflow opening can be flowed through by exhaust gas. The valve body is now adapted to adjust the overflow opening flowing through a second amount of exhaust gas in the finished state of the turbine.

Ferner weist die Turbine im vollständig hergestellten Zustand ein von dem Abgas antreibbares Turbinenrad und wenigstens einen Umgehungskanal auf, über welchen das Turbinenrad von zumindest einem Teil des Abgases zu umgehen ist. Dies bedeutet, dass das den Umgehungskanal durchströmende Abgas das Turbinenrad nicht anströmt und demzufolge nicht antreibt, so dass das den Umgehungskanal durchströmende Abgas das Turbinenrad umströmt. Der Ventilkörper ist nun auch dazu ausgebildet, im fertig hergestellten Zustand der Turbine eine den Umgehungskanal durchströmende erste Menge des Abgases einzustellen. Insbesondere ist es denkbar, dass die berströmöffnung mittels des Ventilkörpers fluidisch versperrbar ist, so dass kein Abgas durch die Überströmöffnung strömen kann. Ferner ist es denkbar, dass der Umgehungskanal mittels des Ventilkörpers fluidisch versperrbar ist, so dass kein Abgas durch den Umgehungskanal strömen kann. Gibt der Ventilkörper beziehungsweise das Ventilelement die Überströmöffnung frei, so kann Abgas durch die Überströmöffnung strömen, so dass die Fluten dann über die Überströmöffnung fluidisch miteinander verbunden sind. Ist die Überströmöffnung durch den Ventilkörper fluidisch versperrt, so sind die Fluten zumindest im Bereich der Überströmöffnung fluidisch voneinander getrennt. Der Ventilkörper wird somit zum bedarfsgerechten Trennen und Verbinden der Fluten genutzt. Ferner wird derselbe Ventilkörper genutzt, um den Umgehungskanal bedarfsgerecht zu versperren und freizugeben. Dem Ventilkörper kommt somit eine Doppelfunktion zu, da der Ventilkörper sowohl zum Einstellen der ersten Menge als auch zum Einstellen der zweiten Menge genutzt wird. Da sowohl zum Einstellen der ersten Menge als auch zum Einstellen der zweiten Menge des Abgases derselbe Ventilkörper zum Einsatz kommt, sind keine jeweiligen, voneinander separat ausgebildeten Ventilteile zum Einstellen der jeweiligen Mengen erforderlich, so dass die Teileanzahl, das Gewicht und die Kosten und der Bauraumbedarf der Turbine gering gehalten werden können. Ferner ist es mittels des genau einen Ventilkörpers möglich, die erste Menge sowie die zweite Menge bedarfsgerecht einzustellen und somit an unterschiedliche Betriebszustände anzupassen, so dass ein besonders vorteilhafter und insbesondere effizienter Betrieb der Turbine realisierbar ist.Furthermore, the turbine in the completely produced state has a turbine wheel which can be driven by the exhaust gas and at least one bypass channel, by means of which the turbine wheel can be bypassed by at least part of the exhaust gas. This means that the exhaust gas flowing through the bypass channel does not flow against the turbine wheel and consequently does not drive, so that the exhaust gas flowing through the bypass channel flows around the turbine wheel. The valve body is now also designed to adjust a through-flow of the first passage of the exhaust gas in the finished state of the turbine. In particular, it is conceivable that the overflow opening can be fluidically blocked by means of the valve body, so that no exhaust gas can flow through the overflow opening. Furthermore, it is conceivable that the bypass channel can be fluidly blocked by means of the valve body, so that no exhaust gas can flow through the bypass channel. If the valve body or the valve element releases the overflow opening, then exhaust gas can flow through the overflow opening, so that the floods are then fluidly connected to one another via the overflow opening. If the overflow opening is blocked fluidically by the valve body, then the floods are fluidically separated from one another, at least in the area of the overflow opening. The valve body is thus used for the needs-based separation and connection of the floods. Furthermore, the same valve body is used to obstruct the bypass channel as needed and release. The valve body thus has a dual function, since the valve body is used both for setting the first amount and for adjusting the second amount. Since the same valve body is used both for setting the first quantity and for adjusting the second quantity of the exhaust gas, no respective mutually separately formed valve parts are required for adjusting the respective quantities, so that the number of parts, the weight and the costs and the space required the turbine low can be kept. Furthermore, it is possible by means of exactly one valve body to adjust the first quantity and the second quantity as needed and thus to adapt to different operating states, so that a particularly advantageous and in particular efficient operation of the turbine can be realized.

Darüber hinaus umfasst das Ventilelement wenigstens ein von dem Ventilkörper abstehendes Hebelelement, über welches der Ventilkörper mit einem Aktor zum Bewegen des Ventilelements und somit des Ventilkörpers koppelbar ist. Mit anderen Worten ist im fertig hergestellten Zustand der Turbine ein Aktor vorgesehen, mittels welchem das Ventilelement und somit der Ventilkörper bewegbar sind. Durch Bewegen des Ventilkörpers können die Mengen des Abgases bedarfsgerecht eingestellt werden.In addition, the valve element comprises at least one protruding from the valve body lever element, via which the valve body with an actuator for moving the valve element and thus the valve body is coupled. In other words, an actuator is provided in the finished state of the turbine, by means of which the valve element and thus the valve body are movable. By moving the valve body, the amounts of exhaust gas can be adjusted as needed.

Um dabei einen besonders vorteilhaften Betrieb der Turbine zu realisieren, ist der Ventilkörper einstückig mit dem Hebelelement ausgebildet. Es wurde gefunden, dass durch einstückige Ausgestaltung des Ventilkörpers mit dem Hebelelement Belastungen, die während des Betriebs der Turbine über den Ventilkörper auf den Aktor beziehungsweise auf eine Kinematik zum Bewegen des Ventilelements wirken, gering gehalten werden können, so dass das Ventilelement und insbesondere die Turbine insgesamt ihre gewünschten Funktionen auch über eine hohe Lebensdauer hinweg erfüllen können. Durch die einstückige Ausgestaltung können ferner die Teileanzahl und somit das Gewicht und die Kosten der Turbine gering gehalten werden. Ferner ist es möglich, das Ventilelement mit einem nur geringen Materialbedarf herzustellen sowie die Anzahl an Nachbearbeitungsschritten und Montageschritten zum Herstellen der Turbine besonders gering zu halten, so dass die Turbine zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann. Außerdem ist es möglich, das Ventilelement mit einer zumindest im Wesentlichen gleichmäßigen Materialwandstärke auszubilden, so dass die Materialrissanfälligkeit besonders gering gehalten werden kann.In order to realize a particularly advantageous operation of the turbine, the valve body is formed integrally with the lever element. It has been found that by one-piece design of the valve body with the lever element loads that act on the actuator or on a kinematics for moving the valve element during operation of the turbine via the valve body, can be kept low, so that the valve element and in particular the turbine Overall, they can fulfill their desired functions over a long service life. The one-piece design also allows the number of parts and thus the weight and cost of the turbine can be kept low. Furthermore, it is possible to produce the valve element with only a small material requirement and to keep the number of post-processing steps and assembly steps for producing the turbine particularly low, so that the turbine can be produced in a timely and cost-effective manner. In addition, it is possible to form the valve element with an at least substantially uniform material wall thickness, so that the material cracking susceptibility can be kept particularly low.

Mit anderen Worten ist es möglich, das Auftreten von durch thermomechanische Belastung bewirkten Rissen zum einen zumindest gering zu halten, so dass sich eine besonders hohe Funktionserfüllungssicherheit des Ventilelements und somit der Turbine insgesamt realisieren lässt.In other words, it is possible to keep the occurrence of cracks caused by thermo-mechanical stress on the one hand at least low, so that a particularly high functional performance safety of the valve element and thus of the turbine as a whole can be realized.

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.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:

1 eine schematische Perspektivansicht eines Ventilelements gemäß einer ersten Ausführungsform für eine von Abgas durchströmbare Turbine eines Abgasturboladers, mit einem Ventilkörper und einem einstückig mit dem Ventilkörper ausgebildeten Hebelelement, über welches der Ventilkörper beziehungsweise das Ventilelement insgesamt mit einem Aktor zum Bewegen des Ventilelements koppelbar sind; 1 a schematic perspective view of a valve element according to a first embodiment of an exhaust gas flowable by exhaust gas of an exhaust gas turbocharger, with a valve body and an integrally formed with the valve body lever element, via which the valve body or the valve element can be coupled in total with an actuator for moving the valve element;

2 eine schematische Schnittansicht des Ventilelements gemäß der ersten Ausführungsform; und 2 a schematic sectional view of the valve element according to the first embodiment; and

3 eine schematische Perspektivansicht des Ventilelements gemäß einer zweiten Ausführungsform. 3 a schematic perspective view of the valve element according to a second embodiment.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Ventilelement gemäß einer ersten Ausführungsform für eine von Abgas durchströmbare Turbine eines Abgasturboladers. Der Abgasturbolader ist beispielsweise Bestandteil eines Antriebsstrangs zum Antreiben des beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagens, wobei der Antriebsstrang auch eine beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine umfasst. Der Kraftwagen ist mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar, welche wenigstens einen Brennraum insbesondere in Form eines Zylinders aufweist. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst einen von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt, über welchen die Verbrennungskraftmaschine während ihres Betriebs Luft ansaugt. Mittels des Ansaugtrakts wird die Luft in den Brennraum geführt. Dem Brennraum werden die Luft und Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, zugeführt, so dass in dem Brennraum ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird verbrannt, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine resultiert. 1 shows in a schematic perspective view as a whole 10 designated valve element according to a first embodiment of an exhaust gas flow through exhaust turbine of an exhaust gas turbocharger. The exhaust-gas turbocharger is, for example, part of a drive train for driving the motor vehicle designed, for example, as a passenger vehicle, the drive train also comprising an internal combustion engine designed, for example, as a reciprocating internal combustion engine. The motor vehicle can be driven by means of the internal combustion engine, which has at least one combustion chamber, in particular in the form of a cylinder. The internal combustion engine comprises an air intake through which the internal combustion engine draws air during its operation. By means of the intake tract, the air is guided into the combustion chamber. The combustion chamber, the air and fuel, in particular liquid fuel supplied, so that in the combustion chamber, a fuel-air mixture is formed. The fuel-air mixture is burned, resulting in exhaust gas of the internal combustion engine.

Die Verbrennungskraftmaschine weist ferner einen von dem Abgas durchströmbaren Abgastrakt auf, mittels welchem das Abgas aus dem Brennraum geführt wird. Dabei ist die Turbine des Abgasturboladers in dem Abgastrakt angeordnet und von dem Abgas durchströmbar sowie von dem Abgas antreibbar. Dabei umfasst die Turbine ein in den Fig. nicht dargestelltes und von dem Abgas durchströmbares Turbinengehäuse sowie ein in dem Turbinengehäuse ausgenommenes Turbinenrad, welches um eine Drehachse relativ zu dem Turbinengehäuse drehbar ist. Während des Betriebs der Turbine wird das Turbinenrad von dem Abgas angeströmt und demzufolge angetrieben.The internal combustion engine also has an exhaust tract through which the exhaust gas can flow, by means of which the exhaust gas is conducted out of the combustion chamber. In this case, the turbine of the exhaust gas turbocharger is arranged in the exhaust tract and can be flowed through by the exhaust gas and driven by the exhaust gas. In this case, the turbine comprises a not shown in the figures and the exhaust gas flow through the turbine housing and a in the Turbine housing except turbine wheel, which is rotatable about an axis of rotation relative to the turbine housing. During operation of the turbine, the turbine wheel is flowed by the exhaust gas and thus driven.

Das Turbinenrad ist Bestandteil eines Rotors des Abgasturboladers, wobei der Rotor auch eine Welle sowie ein Verdichterrad eines in dem Ansaugtrakt angeordneten Verdichters umfasst. Die den Ansaugtrakt und somit den Verdichter durchströmende Luft wird mittels des Verdichterrads verdichtet, so dass der Brennraum mit der verdichteten Luft versorgt werden kann. Dadurch kann ein besonders effizienter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden.The turbine wheel is part of a rotor of the exhaust gas turbocharger, the rotor also comprising a shaft and a compressor wheel of a compressor arranged in the intake tract. The air flowing through the intake tract and thus the compressor is compressed by means of the compressor wheel, so that the combustion chamber can be supplied with the compressed air. As a result, a particularly efficient operation of the internal combustion engine can be realized.

Das Turbinenrad und das Verdichterrad sind drehfest mit der Welle verbunden, so dass das Verdichterrad über die Welle von dem Turbinenrad antreibbar ist beziehungsweise angetrieben wird. Durch dieses Antreiben des Verdichterrads wird die Luft mittels des Verdichterrads verdichtet, so dass – da das Turbinenrad von dem Abgas angetrieben wird – im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt wird.The turbine wheel and the compressor wheel are non-rotatably connected to the shaft, so that the compressor wheel is driven or driven by the turbine wheel via the shaft. By this driving of the compressor wheel, the air is compressed by means of the compressor wheel, so that - since the turbine wheel is driven by the exhaust gas - energy contained in the exhaust gas is used to compress the air.

Die Turbine, insbesondere das Turbinengehäuse, weist wenigstens zwei von dem Abgas durchströmbare Fluten auf, mittels welchen das Abgas zu dem Turbinenrad geführt wird. Die Fluten sind dabei in wenigstens einem jeweiligen Teilbereich fluidisch voneinander getrennt. Hierzu weist das Turbinengehäuse beispielsweise eine Trennwand auf, mittels welcher die Fluten in dem genannten Teilbereich fluidisch voneinander getrennt sind. An den Teilbereich schließt sich beispielsweise eine Überströmöffnung der Turbine an, wobei die Fluten mittels der Überströmöffnung fluidisch miteinander verbindbar sind. Dabei ist die Überströmöffnung an sich von dem Abgas durchströmbar. Bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch die Turbine ist die Überströmöffnung stromauf des Turbinenrads angeordnet.The turbine, in particular the turbine housing, has at least two floods through which the exhaust gas can flow, by means of which the exhaust gas is guided to the turbine wheel. The floods are fluidly separated from one another in at least one respective subarea. For this purpose, the turbine housing, for example, a partition, by means of which the floods are fluidly separated from each other in the said portion. The partial area is adjoined, for example, by an overflow opening of the turbine, wherein the floods can be fluidly connected to one another by means of the overflow opening. In this case, the overflow opening can be traversed by the exhaust gas. Based on the flow direction of the exhaust gas through the turbine, the overflow opening is arranged upstream of the turbine wheel.

Darüber hinaus weist die Turbine wenigstens einen Umgehungskanal auf, über welchen das Turbinenrad von zumindest einem Teil des Abgases zu umgehen ist. Dies bedeutet, dass das den Umgehungskanal durchströmende Abgas das Turbinenrad nicht anströmt und demzufolge nicht antreibt. Der Umgehungskanal wird auch als Wastegate oder Bypass bezeichnet, da das den Umgehungskanal durchströmende Abgas mittels des Umgehungskanals am Turbinenrad vorbeigeführt wird. Da das den Umgehungskanal durchströmende Abgas das Turbinenrad nicht antreibt, wird in dem den Umgehungskanal durchströmende Abgas enthaltene Energie nicht zum Antreiben des Turbinenrads genutzt, so dass Umgehen des Turbinenrads auch als Abblasen oder Abblasung bezeichnet wird.In addition, the turbine has at least one bypass channel over which the turbine wheel of at least a portion of the exhaust gas to bypass. This means that the exhaust gas flowing through the bypass channel does not flow against the turbine wheel and consequently does not drive. The bypass channel is also referred to as wastegate or bypass, since the exhaust gas flowing through the bypass channel is guided past the turbine wheel by means of the bypass channel. Since the exhaust gas flowing through the bypass passage does not drive the turbine wheel, energy contained in the exhaust gas flowing through the bypass passage is not used for driving the turbine wheel, so bypassing the turbine wheel is also referred to as blowing off or blowing off.

Das Ventilelement 10 weist nun einen besonders gut auch aus 2 erkennbaren Ventilkörper 12 auf, mittels welchem eine den Umgehungskanal der Turbine durchströmende erste Menge des Abgases sowie eine die von dem Umgehungskanal unterschiedliche Überströmöffnung durchströmende zweite Menge des Abgases einstellbar sind. Dies bedeutet, dass dem Ventilkörper 12 eine Doppelfunktion zukommt, da derselbe, genau eine Ventilkörper 12 sowohl zum Einstellen der ersten Menge als auch zum Einstellen der zweiten Menge genutzt wird.The valve element 10 now shows a particularly good too 2 recognizable valve body 12 by, by means of which a first amount of the exhaust gas flowing through the bypass channel of the turbine as well as a second amount of the exhaust gas flowing through the different overflow opening from the bypass channel are adjustable. This means that the valve body 12 a double function, because the same, exactly one valve body 12 is used both for setting the first amount and for setting the second amount.

Im fertig hergestellten Zustand der Turbine ist der Ventilkörper 12 relativ zu dem Turbinengehäuse bewegbar und dabei um eine Schwenkachse relativ zu dem Turbinengehäuse verschwenkbar. Hierzu umfasst die Turbine wenigstens einen Aktor insbesondere in Form einer Druckdose, wobei das Ventilelement 10 und somit der Ventilkörper 12 mittels des Aktors um die Schwenkachse relativ zu dem Turbinengehäuse verschwenkbar sind.In the finished state of the turbine is the valve body 12 movable relative to the turbine housing and thereby pivotable about a pivot axis relative to the turbine housing. For this purpose, the turbine comprises at least one actuator, in particular in the form of a pressure cell, wherein the valve element 10 and thus the valve body 12 can be pivoted about the pivot axis relative to the turbine housing by means of the actuator.

Der Ventilkörper 12 ist beispielsweise zwischen wenigstens einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung relativ zu dem Turbinengehäuse mittels des Aktors verschwenkbar. In der Schließstellung ist beispielsweise der Umgehungskanal mittels des Ventilkörpers 12 fluidisch versperrt, so dass kein Abgas den Umgehungskanal durchströmen kann. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass in der Schließstellung die Überströmöffnung mittels des Ventilkörpers 12 fluidisch versperrt ist, so dass kein Abgas durch die Überströmöffnung strömen kann. Gibt der Ventilkörper 12 den Umgehungskanal beziehungsweise die Überströmöffnung frei, so kann Abgas durch den Umgehungskanal beziehungsweise durch die Überströmöffnung strömen. Der genau eine Ventilkörper 12 wird somit zum bedarfsgerechten Versperren und Freigeben des Umgehungskanal beziehungsweise zum bedarfsgerechten Versperren und Freigeben der Überströmöffnung genutzt. Ist die Überströmöffnung mittels des Ventilkörpers 12 versperrt, so sind die Fluten zumindest im Bereich der Überströmöffnung fluidisch voneinander getrennt, so dass eine Flutentrennung eingestellt ist. Gibt der Ventilkörper 12 hingegen die Überströmöffnung frei, so sind die Fluten zumindest im Bereich der Überströmöffnung fluidisch miteinander verbunden, so dass eine Flutenverbindung eingestellt ist. Durch das Einstellen der Flutentrennung kann die Turbine beispielsweise in einem Stoßaufladebetrieb betrieben werden. Durch das Einstellen der Flutenverbindung kann die Turbine beispielsweise in einem Stauaufladebetrieb betrieben werden, da Abgas von einer der Fluten in die andere Flut überströmen kann beziehungsweise umgekehrt. Durch das bedarfsgerechte Einstellen der ersten Menge beziehungsweise durch das bedarfsgerechte Freigeben und Versperren des Umgehungskanals ist es beispielsweise möglich, einen Ladedruck des Abgasturboladers mittels des Ventilkörpers 12 einzustellen, so dass insgesamt ein besonders vorteilhafter Betrieb der Turbine realisierbar ist.The valve body 12 For example, between at least one closed position and at least one open position relative to the turbine housing by means of the actuator can be pivoted. In the closed position, for example, the bypass channel by means of the valve body 12 fluidly obstructed, so that no exhaust gas can flow through the bypass channel. Alternatively or additionally, it is conceivable that in the closed position, the overflow opening by means of the valve body 12 is fluidly blocked, so that no exhaust gas can flow through the overflow. Gives the valve body 12 the bypass channel or the overflow freely, so exhaust gas can flow through the bypass channel or through the overflow. The exactly one valve body 12 is thus used to meet demand blocking and releasing the bypass channel or to demand-based blocking and releasing the overflow. Is the overflow opening by means of the valve body 12 locked, so the floods are fluidly separated from each other at least in the region of the overflow, so that a flood separation is set. Gives the valve body 12 on the other hand, the overflow opening is free, so the floods are fluidly connected to each other at least in the region of the overflow, so that a flood connection is set. By adjusting the flood separation, the turbine can be operated, for example, in a shock charging operation. By setting the flood connection, the turbine can be operated for example in a congestion charging operation, since exhaust gas from one of the floods can flow into the other flood or vice versa. By setting the required quantity as needed, or by enabling and shutting off the bypass channel as needed, it is possible, for example, for a boost pressure of the exhaust gas turbocharger by means of the valve body 12 set, so that a total of a particularly advantageous operation of the turbine can be realized.

Besonders gut aus 2 ist erkennbar, dass der Ventilkörper 12 beispielsweise eine erste Dichtfläche 14 zum fluidischen Versperren des Umgehungskanals aufweist. Beispielsweise liegt die erste Dichtfläche 14 in der Schließstellung des Ventilkörpers 12 an einer korrespondierenden zweiten Dichtfläche der Turbine, insbesondere des Turbinengehäuses, an, so dass mittels der ersten Dichtfläche 14 und der zweiten Dichtfläche der Turbine der Umgehungskanal fluidisch versperrt ist. Dabei erstreckt sich die erste Dichtfläche 14 in einer gedachten, ersten Ebene.Especially good 2 it can be seen that the valve body 12 for example, a first sealing surface 14 for fluidically blocking the bypass channel. For example, the first sealing surface lies 14 in the closed position of the valve body 12 on a corresponding second sealing surface of the turbine, in particular of the turbine housing, so that by means of the first sealing surface 14 and the second sealing surface of the turbine, the bypass channel is fluidly blocked. In this case, the first sealing surface extends 14 in an imaginary, first level.

Ferner weist der Ventilkörper 12 beispielsweise eine dritte Dichtfläche 16 auf, mittels welcher die Überströmöffnung fluidisch versperrbar beziehungsweise fluidisch versperrt ist. Beispielsweise liegt die dritte Dichtfläche 16 in der Schließstellung des Ventilkörpers 12 an einer korrespondierenden und in den Fig. nicht dargestellten, vierten Dichtfläche der Turbine, insbesondere des Turbinengehäuses, an, so dass die Überströmöffnung mittels der dritten Dichtfläche 16 und mittels der vierten Dichtfläche fluidisch versperrt ist.Furthermore, the valve body 12 for example, a third sealing surface 16 on, by means of which the overflow is fluidly blocked or fluidly blocked. For example, the third sealing surface lies 16 in the closed position of the valve body 12 at a corresponding, not shown in the figures, fourth sealing surface of the turbine, in particular of the turbine housing, so that the overflow opening by means of the third sealing surface 16 and is fluidly blocked by the fourth sealing surface.

Besonders gut aus 1 ist erkennbar, dass das Ventilelement 10 außerdem ein von dem Ventilkörper 12 abstehendes und den Ventilkörper 12 überragendes Hebelelement 18 umfasst, über welches der Ventilkörper 12 beziehungsweise das Ventilelement 10 insgesamt mit dem Aktor koppelbar beziehungsweise – im fertig hergestellten Zustand der Turbine – gekoppelt ist. Das Hebelelement 18 weist einen ersten Längenbereich 20 mit einer ersten Längserstreckungsrichtung auf, welche in 1 durch eine Doppelpfeil 22 veranschaulicht ist. Ferner weist das Hebelelement 18 einen sich an den ersten Längenbereich 20 anschließenden, zweiten Längenbereich 24 mit einer zweiten Längserstreckungsrichtung auf, welche in 1 durch einen Doppelpfeil 26 veranschaulicht ist. Dabei ist aus 1 erkennbar, dass die Längserstreckungsrichtungen der Längenbereiche 20 und 24 senkrecht zueinander verlaufen. Ferner verlaufen die Längserstreckungsrichtungen in einer gemeinsamen zweiten Ebene, welche sich zumindest im Wesentlichen parallel zur zuvor genannten ersten Ebene erstreckt. Mit anderen Worten spannen die Längserstreckungsrichtungen der Längenbereiche 20 und 24 eine zweite Ebene auf, welche zumindest im Wesentlichen parallel zur ersten Ebene verläuft.Especially good 1 it can be seen that the valve element 10 also one of the valve body 12 protruding and the valve body 12 superior lever element 18 includes, over which the valve body 12 or the valve element 10 coupled in total with the actuator or - in the finished state of the turbine - is coupled. The lever element 18 has a first length range 20 with a first longitudinal direction, which in 1 by a double arrow 22 is illustrated. Furthermore, the lever element 18 one at the first length range 20 subsequent, second length range 24 with a second longitudinal extension direction, which in 1 by a double arrow 26 is illustrated. It is off 1 recognizable that the longitudinal extension directions of the length ranges 20 and 24 perpendicular to each other. Furthermore, the longitudinal extension directions extend in a common second plane, which extends at least substantially parallel to the aforementioned first plane. In other words, the longitudinal extension directions of the length ranges stretch 20 and 24 a second plane which extends at least substantially parallel to the first plane.

Ferner ist es vorgesehen, dass die Längserstreckungsrichtung des Längenbereichs 24 mit der Schwenkachse, um welche das Ventilelement 10 relativ zu dem Turbinengehäuse verschwenkbar ist, zusammen fällt beziehungsweise zumindest im Wesentlichen parallel zur Schwenkachse verläuft.Furthermore, it is provided that the longitudinal extension direction of the length range 24 with the pivot axis about which the valve element 10 is pivotable relative to the turbine housing, together falls or at least substantially parallel to the pivot axis.

Das Hebelelement 18 ist dabei einstückig mit dem Ventilkörper 12 ausgebildet, wodurch die Teileanzahl und somit die Kosten und das Gewicht sowie der Aufwand zum Herstellen des Ventilelements 10 und somit der Turbine insgesamt gering gehalten werden können. Darüber hinaus wurde gefunden, dass durch die einstückige Ausgestaltung des Ventilkörpers 12 mit dem Hebelelement 18 die Belastungen, die während des Betriebs der Turbine von dem Ventilkörper 12 auf den Aktor wirken, besonders gering gehalten werden können, so dass eine besonders hohe Robustheit der Turbine geschaffen werden kann.The lever element 18 is integral with the valve body 12 formed, whereby the number of parts and thus the cost and weight and the cost of producing the valve element 10 and thus the turbine can be kept low overall. In addition, it has been found that by the one-piece design of the valve body 12 with the lever element 18 the loads that occur during operation of the turbine from the valve body 12 act on the actuator, can be kept very low, so that a particularly high robustness of the turbine can be created.

Aus 2 ist besonders gut erkennbar, dass der Ventilkörper 12 darüber hinaus als Hohlprofil ausgebildet ist und demzufolge einen offenen Hohlquerschnitt 28 aufweist. Dadurch können der Ventilkörper 12 und somit das Ventilelement 10 insgesamt mit einem nur geringen Materialbedarf hergestellt werden, so dass das Gewicht und die Kosten des Ventilelements 10 besonders gering gehalten werden können. Darüber hinaus kann eine zumindest im Wesentlichen gleichmäßige Materialwandstärke des Ventilelements 10 geschaffen werden, so dass die Materialrissanfälligkeit gegenüber thermomechanischen Belastungen gering gehalten werden kann.Out 2 is particularly well recognizable that the valve body 12 Moreover, it is designed as a hollow profile and therefore an open hollow cross-section 28 having. This allows the valve body 12 and thus the valve element 10 overall, with only a low material requirement, so that the weight and cost of the valve element 10 can be kept very low. In addition, an at least substantially uniform material wall thickness of the valve element 10 be created so that the material cracking susceptibility to thermo-mechanical stresses can be kept low.

Bei der ersten Ausführungsform ist der Ventilkörper 12 als hohle Halbkugel beziehungsweise als hohles Kugelsegment ausgebildet. Alternativ dazu sind andere geometrische Formen des Ventilkörpers 12 denkbar. Beispielsweise kann der Ventilkörper 12 die Form eines Zylinders, eines Kegels beziehungsweise eines Kegelsegments oder eine freie Form aufweisen. Ferner sind Ausführungsformen mit einem dünnen Halter und/oder einer Versteifungstrebe denkbar.In the first embodiment, the valve body 12 designed as a hollow hemisphere or as a hollow spherical segment. Alternatively, other geometric shapes of the valve body 12 conceivable. For example, the valve body 12 have the shape of a cylinder, a cone or a cone segment or a free form. Furthermore, embodiments with a thin holder and / or a stiffening strut are conceivable.

Dabei zeigt 3 eine zweite Ausführungsform des Ventilelements 10, wobei ein dünner Halter, über den der Ventilkörper 12 im fertig hergestellten Zustand der Turbine mit dem Aktor gekoppelt ist, durch das Hebelelement 18 gebildet ist. Aus 3 ist erkennbar, dass das Hebelelement 18, welches einstückig mit dem Ventilkörper 12 ausgebildet ist, bei der zweiten Ausführungsform genau einen Längenbereich 20 mit genau einer durch den Doppelpfeil 22 veranschaulichten Längserstreckungsrichtung aufweist. Darüber hinaus geht das Hebelelement 18 in eine in dem offenen Hohlquerschnitt 28 angeordnete und einstückig mit dem Hebelelement 18 und einstückig mit dem Ventilkörper 12 ausgebildete Versteifungsstrebe 30 über, welche gegenüber einer in dem offenen Hohlquerschnitt 28 angeordneten, innenumfangsseitigen Mantelfläche 32 des Ventilkörpers 12 erhaben ist. Mittels der Versteifungsstrebe 30 ist der Ventilkörper 12 ausgesteift, so dass sich eine besonders hohe Funktionserfüllungssicherheit auch über eine hohe Lebensdauer hinweg realisieren lässt.It shows 3 a second embodiment of the valve element 10 , being a thin holder, over which the valve body 12 is coupled in the finished state of the turbine with the actuator, through the lever element 18 is formed. Out 3 it can be seen that the lever element 18 , which is integral with the valve body 12 is formed, in the second embodiment exactly a length range 20 with exactly one by the double arrow 22 illustrated longitudinal extent direction. In addition, the lever element goes 18 in one in the open hollow section 28 arranged and integral with the lever element 18 and integral with the valve body 12 trained stiffening strut 30 over which faces one in the open hollow section 28 arranged, inner circumferential side surface 32 of the valve body 12 is sublime. By means of the stiffening strut 30 is the valve body 12 stiffened, so that a particularly high functional performance can be realized over a long service life.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Ventilelementvalve element
1212
Ventilkörpervalve body
1414
erste Dichtflächefirst sealing surface
1616
dritte Dichtflächethird sealing surface
1818
Hebelelementlever member
2020
erster Längenbereichfirst length range
2222
Doppelpfeildouble arrow
2424
zweiter Längenbereichsecond length range
2626
Doppelpfeildouble arrow
2828
offener Hohlquerschnittopen hollow section
3030
VersteifungsstrebeVersteifungsstrebe
3232
innenumfangsseitige MantelflächeInner peripheral side surface

Claims (6)

Ventilelement (10) für eine von Abgas durchströmbare Turbine eines Abgasturboladers, mit einem Ventilkörper (12), mittels welchem eine einen Umgehungskanal der Turbine durchströmende erste Menge des Abgases und eine eine von dem Umgehungskanal unterschiedliche Überströmöffnung zum fluidischen Verbinden von zwei Fluten der Turbine durchströmende zweite Menge des Abgases einstellbar sind, und mit wenigstens einem von dem Ventilkörper (12) abstehenden Hebelelement (18), über welches der Ventilkörper (12) mit einem Aktor zum Bewegen des Ventilelements (10) koppelbar ist, wobei der Ventilkörper (12) einstückig mit dem Hebelelement (18) ausgebildet ist.Valve element ( 10 ) for a turbocharger of an exhaust gas turbocharger that can be flowed through by exhaust gas, with a valve body ( 12 ), by means of which a first quantity of the exhaust gas flowing through a bypass channel of the turbine and a second overflow opening, which differs from the bypass channel, for fluidically connecting second flows of the exhaust gas through two flows of the turbine are adjustable, and with at least one of the valve body ( 12 ) projecting lever element ( 18 ) over which the valve body ( 12 ) with an actuator for moving the valve element ( 10 ) is coupled, wherein the valve body ( 12 ) in one piece with the lever element ( 18 ) is trained. Ventilelement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hebelelement (18) einen ersten Längenbereich (20) und einen sich daran anschließenden, zweiten Längenbereich (24) aufweist, welcher sich schräg oder senkrecht zum ersten Längenbereich (20) erstreckt.Valve element ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the lever element ( 18 ) a first length range ( 20 ) and an adjoining second length range ( 24 ), which is inclined or perpendicular to the first length range ( 20 ). Ventilelement (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (10) mittels des Aktors um eine Schwenkachse verschwenkbar ist, wobei einer der Längenbereiche (20, 24) eine Längserstreckungsrichtung aufweist, welche parallel zur Schwenkachse verläuft.Valve element ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the valve element ( 10 ) is pivotable about a pivot axis by means of the actuator, wherein one of the length ranges ( 20 . 24 ) has a longitudinal direction which is parallel to the pivot axis. Ventilelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (12) wenigstens eine Dichtfläche (14) zum fluidischen Versperren des Umgehungskanals aufweist, wobei sich die Dichtfläche (14) in einer Ebene erstreckt und wobei das Hebelelement (18) eine Längserstreckungsrichtung aufweist, welche parallel zu der Ebene verläuft.Valve element ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the valve body ( 12 ) at least one sealing surface ( 14 ) for fluidically obstructing the bypass channel, wherein the sealing surface ( 14 ) extends in a plane and wherein the lever element ( 18 ) has a longitudinal direction which is parallel to the plane. Ventilelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (12) als Hohlprofil ausgebildet ist.Valve element ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the valve body ( 12 ) is designed as a hollow profile. Turbine für einen Abgasturbolader, mit einem Ventilelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Turbine for an exhaust gas turbocharger, having a valve element ( 10 ) according to any one of the preceding claims.
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