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Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung eines Abgasführungsabschnitts eines Abgasturboladers der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Abgasführungsabschnitte für Abgasturbolader, welche eine Regelvorrichtung zur Regelung eines den Abgasführungsabschnitt durchströmenden Fluids, im Allgemeinen Abgas, aufweisen, sind bekannt. Die Regelvorrichtung ist zum Öffnen und Schließen eines Umgehungskanals im durchströmbaren Abgasführungsabschnitt zur Umgehung eines im Abgasführungsabschnitt in einer Radkammer des Abgasführungsabschnitts drehbar angeordneten Turbinenrades des Abgasführungsabschnitts vorgesehen. Des Weiteren kann mit der Regelvorrichtung eine zwischen zwei Spiralkanälen des Abgasführungsabschnitts ausgebildete Durchströmöffnung geöffnet oder geschlossen werden, damit eine Überströmung des Abgases von einem Spiralkanal in den anderen und vice versa möglich ist.
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Mit Hilfe einer derartigen Regelvorrichtung ist es möglich in bestimmten Betriebspunkten des Abgasturboladers, insbesondere in Betriebspunkten, welche große Strömungsmengen aufweisen, das Turbinenrad vollständig oder teilweise zu umgehen, so dass ein effizienter Betrieb des Abgasturboladers ermöglicht ist. Der effiziente Betrieb des Abgasturboladers ist abhängig von einer bestimmten Öffnungscharakteristik der Regelvorrichtung, welche den Erfordernissen eines mit dem Abgasturbolader verbundenen Antriebsaggregates, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, angepasst auszubilden ist.
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Den Patentschriften
US 10,890,084 B2 ,
US 10,662,869 B2 und
US 10, 662,868 B2 kann eine Regelvorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Durchströmöffnung, die einer Flutenverbindung zweier Spiralkanäle dient, und einer weiteren Durchströmöffnung, die einem Umgehungskanal zugeordnet ist, entnommen werden.
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Ebenso kann der Patentschrift
DE 11 2015 005 440 B4 eine derartige Regelvorrichtung entnommen werden, wobei ein Schließelement der Regelvorrichtung kegelstumpfartig ausgebildet ist, jedoch ist das Schließelement asymmetrisch ausgebildet, derart, dass eine einem Verstellhebel der Regelvorrichtung zugewandte Seite einer kegelförmigen Mantelfläche des Schließelementes steiler als eine gegenüberliegende Seite ist, wobei sich die kegelförmige Mantelfläche an eine symmetrische, kreisförmige Mantelfläche des Schließelementes anschließt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine verbesserte Regelvorrichtung eines Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers bereitzustellen, welche insbesondere erlaubt mit Hilfe eines Schließelementes eine Durchströmung eines Strömungsquerschnitts eines Umgehungskanals weitestgehend unabhängig von einer Durchströmung eines Strömungsquerschnitts einer zwischen zwei Spiralkanälen ausgebildete Durchströmöffnung zu gestalten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Regelvorrichtung eines Abgasführungsabschnitts eines Abgasturboladers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung eines Abgasführungsabschnitts eines Abgasturboladers, weist eine Schließeinrichtung umfassend ein Schließelement und einen Elementhebel auf, wobei die Schließeinrichtung um eine Drehachse verschwenkbar ist. Das Schließelement ist zum Öffnen und Schließen eines ersten Strömungsquerschnitts des Abgasführungsabschnitts ausgebildet, wobei der erste Strömungsquerschnitt in einer zwischen einem ersten Spiralkanal des Abgasführungsabschnitts und einem zweiten Spiralkanal des Abgasführungsabschnitts liegenden Trennwand ausgebildet ist. Der Abgasführungsabschnitt weist einen zweiten Strömungsquerschnitt auf, welcher einem im Abgasführungsabschnitt ausgebildeten Umgehungskanal zugeordnet ist, welcher zur Umgehung einer Anströmung eines im Abgasführungsabschnitt ausgebildeten Turbinenrades ausgeführt ist. Das Schließelement besitzt einen ersten Elementabschnitt zur Schließung des ersten Strömungsquerschnitts und einen zweiten Elementabschnitt, welcher zur Schließung des zweiten Strömungsquerschnitts nutzbar ist. Der erste Elementabschnitt weist einen vom zweiten Elementabschnitt abgewandt ausgebildeten ersten Elementteilabschnitt mit einem ersten Elementquerschnitt und einen dem zweiten Elementabschnitt zugewandt ausgebildeten zweiten Elementteilabschnitt mit einem zweiten Elementquerschnitt auf. Erfindungsgemäß besitzt der zweite Elementteilabschnitt einen bezogen auf eine Längsachse des Schließelementes in radialer Richtung symmetrischen zweiten Elementquerschnitt, und der erste Elementteilabschnitt ist von einer virtuellen Umhüllenden, welche einen dem zweiten Elementquerschnitt entsprechenden Querschnitt aufweist, zumindest umfasst, wobei die virtuelle Umhüllende in ihrer Längserstreckung einen Krümmungsradius bezogen auf die Drehachse aufweist. Der Vorteil ist darin zu sehen, dass ausgehend von dem den symmetrisch ausgebildeten zweiten Elementquerschnitt aufweisenden zweiten Elementteilabschnitt der erste Elementteilabschnitt zur Realisierung einer Durchströmung des zweiten Strömungsquerschnitts des Umgehungskanals weitestgehend unabhängig von einer Durchströmung des ersten Strömungsquerschnitts der Durchströmöffnung, welcher zwischen den beiden Spiralkanälen ausgebildet ist, die virtuelle Umhüllende, welche den zweiten Elementteilabschnitt zumindest umfasst, eine variable Gestaltung des zweiten Elementteilabschnitts erlaubt, der einem gewünschten Betrieb des Abgasturboladers, und somit eines mit dem Abgasturbolader verbundenen Betriebsaggregates, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, angepasst ist.
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In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung besitzt der erste Elementteilabschnitt einen bezogen auf die Längsachse variablen ersten Elementquerschnitt. Das heißt mit anderen Worten, dass der erste Elementquerschnitt entlang der Längsachse des Schließelementes variabel, das heißt unterschiedlich ausgebildet ist. Mit Hilfe dieses über die Längsachse veränderlichen Elementquerschnittes besteht die Möglichkeit auf einfache Weise eine gewünschte Öffnungs- und Schließcharakteristik des zweiten Strömungsquerschnittes zu realisieren.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist der Querschnitt der virtuellen Umhüllenden kreisförmig ausgebildet. Dies bedingt einen kreisförmigen zweiten Strömungsquerschnitt, wobei ein kreisförmiger Querschnitt gegenüber einem nichtkreisförmigen Querschnitt einfacher abgedichtet werden kann, da Verzüge des Schließelementes aufgrund von hohen Temperaturen des umströmenden Abgases über den rotationsförmigen Querschnitt gleich sind. Ein weiterer Vorteil des kreisförmigen Querschnitts ist in einer einfacheren und somit kostengünstigeren Bearbeitung des Abgasführungsabschnitts zu sehen.
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Zur verbesserten Abdichtung der beiden Spiralkanäle gegeneinander im geschlossenen Zustand weist der erste Elementabschnitt einen Trennabschnitt auf, welcher zumindest teilweise komplementär zum ersten Strömungsquerschnitt ausgebildet ist. Das heißt mit anderen Worten, dass zumindest der Teil des Trennabschnitts, welcher im geschlossenen Zustand der Regelvorrichtung in dem ersten Strömungsquerschnitt angeordnet ist, komplementär zum ersten Strömungsquerschnitt ausgebildet ist.
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In einer weiteren, wesentlichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung weist der erste Elementteilabschnitt einen gegenüber einer Grundfläche erhabenen Elementbesatz auf. Mit Hilfe des Elementbesatzes lässt sich auf einfache Weise der erste Elementquerschnitt des ersten Elementteilabschnitts verändern, wobei die Öffnungs- und Schließcharakteristik der Regelvorrichtung bezüglich dem zweiten Strömungsquerschnitt auf einfache Weise verändert und einem gewünschten Betriebsverhalten angepasst werden kann.
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Zur weiteren Differenzierung der Öffnungs- und Schließcharakteristik der Regelvorrichtung bezüglich dem zweiten Strömungsquerschnitt weist der erste Elementteilabschnitt zumindest zwei Elementbesätze auf.
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Sofern eine Besatzfläche des Elementbesatzes an ihrem der Grundfläche zugewandt ausgebildeten Rand bezogen auf die Längsachse tangential gekrümmt ausgebildet ist, können Strömungsabrisse am ersten Elementteilabschnitt vermieden werden.
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Der Elementbesatz selbst kann insbesondere großzügig verrundet ausgebildet sein, damit ein Verklemmen des Schließelementes verhindert werden kann, oder mit anderen Worten eine Klemmgefahr des Schließelementes im Abgasführungsabschnitt reduziertw erden kann. Des Weiteren lassen sich damit unerwünschte strömungsakustische Phänomene unterbinden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist der Elementbesatz höchstens identisch mit einer Grenzmantelfläche der virtuellen Umhüllenden, und/oder innerhalb der virtuellen Umhüllenden, welche hohlzylindrisch ausgeführt ist, ausgebildet. Das heißt mit anderen Worten, dass die virtuelle Umhüllende die Grenzmantelfläche als ihre Mantelfläche aufweist, über die der Elementbesatz nicht hinausragend ausgebildet werden darf. Dies dient einem gesicherten Betriebsverhalten des Abgasturboladers, da bei einer Änderung der Position des Schließelementes eine Kollision des Schließelementes mit dem Abgasführungsabschnitt vermieden werden kann.
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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. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Es zeigen:
- 1 in einer perspektivischen Ansicht einen Schnitt entlang einer Schnittebene durch einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers mit einer Regelvorrichtung gemäß dem Stand der Technik,
- 2 in einer perspektivischen Darstellung eine Schließeinrichtung einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung,
- 3 in einer Seitenansicht die Schließeinrichtung in einer Öffnungsposition,
- 4 in einer Draufsicht ein Schließelement der Schließeinrichtung gem. 3 in der Öffnungsposition,
- 5 in einer perspektivischen Darstellung die Schließeinrichtung gemäß 2 mit einer virtuellen Umhüllenden,
- 6 in einer Seitenansicht die Schließeinrichtung gem. 5,
- 7 in einer weiteren perspektivischen Darstellung die Schließeinrichtung gem. 2,
- 8 in einem Schwenkwinkel-Öffnungsflächen-Diagramm eine Öffnungscharakteristik der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung und der Regelvorrichtung gem. dem Stand der Technik,
- 9 in einem Schnitt das Schließelement mit Isolinien bezogen auf einen ersten Strömungsquerschnitt, und
- 10 in einer Unteransicht das Schließelement mit Isolinien bezogen auf einen zweiten Strömungsquerschnitt.
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Ein gemäß 1 ausgebildeter erfindungsgemäßer durchströmbarer Abgasführungsabschnitt 1 eines Abgasturboladers 2, umfasst einen Eintrittskanal 3 zum Eintritt einer Fluidströmung in den Abgasführungsabschnitt 1, im Allgemeinen Abgas einer Verbrennungskraftmaschine 7, einen ersten Spiralkanal 4 und einen zweiten Spiralkanal 5 stromab des Eintrittskanals 3 zur Konditionierung der Strömung und einen nicht näher dargestellten Austrittskanal stromab der Spiralkanäle 4, 5, über welchen das Abgas aus dem Abgasführungsabschnitt 1 gezielt entweichen kann. Zwischen den Spiralkanälen 4, 5 und dem Austrittskanal ist eine nicht näher dargestellte Radkammer ausgebildet, in welcher ein nicht näher dargestelltes Turbinenrad drehbar aufgenommen ist.
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Der Abgasführungsabschnitt 1 ist mit einem Abgaskrümmer 6 der Verbrennungskraftmaschine 7 verbunden, so dass das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 7 über den Eintrittskanal 3 in die Spiralkanäle 4, 5 eintreten kann um das Turbinenrad zu beaufschlagen.
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Zur Anpassung eines Betriebsverhaltens des Abgasturboladers 2 an die Fluidströmung der Verbrennungskraftmaschine, und somit an die Verbrennungskraftmaschine, ist im Abgasführungsabschnitt 1 eine Regelvorrichtung 8 zur Trennung und zur Verbindung des ersten Spiralkanals 4 und des zweiten Spiralkanals 5 angeordnet. Die Regelvorrichtung 8 weist eine Schließeinrichtung 9 umfassend ein Schließelement 10 und einen Elementhebel 11 auf, wobei der Elementhebel 11 zur Verschwenkung des Schließelementes 10 um einen Verschwenkwinkel ausgeführt ist.
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Zur Trennung und zur Verbindung der beiden Spiralkanäle 4, 5 ist das Schließelement 10 in einer Durchströmöffnung 12, welche die beiden Spiralkanäle 4, 5 miteinander durchströmbar ausgebildet ist, angeordnet.
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In einer ersten Position, der Schließposition des Schließelementes 10, wie sie in 1 dargestellt ist, sind die beiden Spiralkanäle 4, 5 vollständig voneinander getrennt durchströmbar, wobei die Durchströmöffnung 12 mit Hilfe des Schließelementes 10 vollständig geschlossen ist. Das Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmt die beiden Spiralkanäle 4, 5, wobei ein erster Teil des Abgases den ersten Spiralkanal 4 und ein zweiter Teil des Abgases den zweiten Spiralkanal 5 durchströmt.
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In einer zweiten Position des Schließelementes 10, welche nicht näher abgebildet ist, ist die Durchströmöffnung 12 vollständig geöffnet und Abgas kann aus dem ersten Spiralkanal 4 in den zweiten Spiralkanal 5 überströmen und vice versa. D. h., dass Abgas von dem einen Spiralkanal 4; 5 in den anderen Spiralkanal 5; 4 über die Durchströmöffnung 12, welche einen ersten Strömungsquerschnitt 13 aufweist, überströmen kann. Der erste Strömungsquerschnitt 13 ist in 3 erkennbar.
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Das Schließelement 10 ist zwischen der ersten Position und der zweiten Position in weitere Zwischenpositionen zu positionieren, so dass der erste Strömungsquerschnitt 13 einem entsprechenden Bedarfsfall zur Erzielung eines gemäß der durchströmenden Abgasmenge nach Möglichkeit bestmöglichen Wirkungsgrades des Abgasturboladers 2 anpassbar ist. Es hat sich herausgestellt, dass eine degressive Öffnung des ersten Strömungsquerschnitts 13 ausgehend von der ersten Position, somit vom vollständig geschlossenen ersten Strömungsquerschnitt 13 ausgehend, in Richtung der zweiten Position, somit in Richtung eines vollständig geöffneten ersten Strömungsquerschnitts 13, vorteilhaft ist. Mit anderen Worten ist das Schließelement 10 eine degressive Öffnung des ersten Strömungsquerschnitts 13 herbeiführend ausgebildet. Das bedeutet, dass die Regelvorrichtung 8 eine degressive Öffnungscharakteristik zur Öffnung des ersten Strömungsquerschnitts 13 aufweist.
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Das Schließelement 10 besitzt einen ersten Elementabschnitt 15 zur Schließung des ersten Strömungsquerschnitts 13 und einen zweiten Elementabschnitt 16, welcher zur Schließung eines im Abgasführungsabschnitt 1 ausgebildeten zweiten Strömungsquerschnitts 17 nutzbar ist.
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Zur Herbeiführung einer zu bevorzugenden degressiven Öffnung des zweiten Strömungsquerschnitts 17 ist das Schließelement 10 eine topfformartige Außenkontur 14 aufweisend ausgestaltet.
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Der zweite Strömungsquerschnitt 17 ist zur Umströmung des Turbinenrades vorgesehen. Das heißt mit anderen Worten, dass das durch den zweiten Strömungsquerschnitt 17 strömende Abgas am Turbinenrad vorbei geleitet wird und das Turbinenrad nicht von diesem durch den zweiten Strömungsquerschnitt 17 strömenden Abgas beaufschlagt wird. Der zweite Strömungsquerschnitt 17 ist in einem Umgehungskanal 18 ausgebildet, welcher auch üblicherweise als so genannter Wastegatekanal bezeichnet wird.
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Der erste Elementabschnitt 15 weist einen vom zweiten Elementabschnitt 16 abgewandt ausgebildeten ersten Elementteilabschnitt 19 und einen dem zweiten Elementabschnitt 16 zugewandt ausgebildeten zweiten Elementteilabschnitt 20 auf. Die Schließeinrichtung 9 ist um eine Drehachse 21 verschwenkbar ausgeführt.
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Das in den 2 bis 7 und 9, 10 abgebildete Schließelement 10 der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 8 besitzt ebenfalls eine annähernd topfformartige Außenkontur 14, jedoch ist erfindungsgemäß der erste Elementteilabschnitt 19 auf eine Längsachse 22 des Schließelementes 10 bezogen in radialer Richtung symmetrisch ausgebildet und der zweite Elementteilabschnitt 20 von einer virtuellen Umhüllenden 23, welche einen dem ersten Elementteilabschnitt 19 entsprechenden Querschnitt Q aufweist, umfasst. Die virtuelle Umhüllende 23 weist in ihrer Längserstreckung einen Krümmungsradius KR bezogen auf die Drehachse 21 auf, wie in den 5 und 6 illustriert ist.
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Der erste Elementteilabschnitt 19 ist kreisförmig ausgeführt, somit ist die virtuelle Umhüllende 23 in Form eines gekrümmten Hohlzylinders ausgebildet. Der Krümmungsradius KR ist auf die Drehachse 21 bezogen, damit ein Kontakt des Schließelementes 10 während der Bewegung der Schließeinrichtung 9 vermieden ist. Die virtuelle Umhüllende 23 ist nicht zwingend koaxial mit dem zweiten Elementabschnitt 16 ausgebildet.
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Innerhalb der virtuellen Umhüllenden 23 kann das Schließelement 10 in Abhängigkeit von einer zu erzeugenden Öffnungscharakteristik bevorzugt ausgebildet sein. Der zweite Elementteilabschnitt 20 dient einer gesicherten Schließung des zweiten Strömungsquerschnitts 17. Der erste Elementteilabschnitt 19 dient einer gesicherten Schließung des ersten Strömungsquerschnitts 13, die durch einen Kontakt eines Elementbodens 24 des Schließelementes 10 mit einer Trennwand 25 des Abgasführungsabschnitts 1, die die beiden Spiralkanäle 4, 5 trennt, realisiert werden kann.
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Die Außenkontur 14 des Schließelementes 10 ist zur Realisierung einer bestimmten zu bevorzugenden Schließ- und Öffnungscharakteristik der Regelvorrichtung 8 ausgeführt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt der erste Elementteilabschnitt 19 bezogen auf die Längsachse 22 einen ersten Elementbesatz 26 und einen zweiten Elementbesatz 27, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel spiegelsymmetrisch zur Längsachse 22 ausgebildet sind. Diese Symmetrie, überhaupt jede Symmetrie der beiden Elementbesätze 26, 27, ist nicht zwingend erforderlich, kann jedoch in Abhängigkeit von bspw. einer Form der Spiralkanäle 4, 5 Vorteile mit sich bringen.
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Ein dem zweiten Elementteilabschnitt 20 zugewandt ausgebildeter Besatzteil 28 des ersten Elementteilabschnitts 19 ist quasi ein Teil der virtuellen Umhüllenden 23, ist mit diesem Teil äquivalent ausgeführt. Bevorzugt ist ein an den zweiten Elementteilabschnitt 20 angrenzender Elementteil 29 des ersten Elementteilabschnitts 19 bündig mit dem zweiten Elementteilabschnitt 20 ausgeführt, damit an einem zwischen den beiden Elementteilabschnitten 19, 20 ausgebildeten Übergang 30 keine Verwirbelungen der Abgasströmung aufgrund einer Stufe des Übergangs 30 entstehen können.
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Vorteilhaft sind die Elementbesätze 26, 27, welche erhaben gegenüber einer Grundfläche 31 des ersten Elementteilabschnitts 19 sind, mit Hilfe von Radien R mit der Grundfläche 31 verbunden. Das heißt mit anderen Worten, dass eine Besatzfläche 32 des Elementbesatzes 26; 27, die eine Oberfläche des Elementbesatzes 26; 27 bildet, eine tangentiale Krümmung an ihrem der Grundfläche 31 zugewandt ausgebildeten Rand 33 besitzt. So kann ein Abreißen der Abgasströmung vermieden werden.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass das gasförmige Fluid, welches hier beispielhaft als Abgas der Verbrennungskraftmaschine 7 genannt ist, auch ein anderes gasförmiges Fluid sein könnte, das von einem von der Verbrennungskraftmaschine 7 abweichend ausgebildeten, mit dem Abgasturbolader 2 durchströmbar verbundenen Betriebsaggregat geliefert wird.
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Das Schließelement 10 ist an dem Elementhebel 11 aufgenommen. Der Elementhebel 11 weist einen Elementarm 34 und eine Elementwelle 35 auf, wobei die Elementwelle 35 die Drehachse 21 besitzt. Das Schließelement 10 ist am Elementarm 34 fixiert, wobei es starr am Elementarm 34 oder minimal bewegbar am Elementarm 34 aufgenommen sein kann. Der Elementarm 34 legt einen Verschwenkradius des Schließelementes 10 relativ zur Drehachse 21 fest.
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Zwischen den beiden Elementbesätzen 26, 27 ist ein Trennabschnitt 36 ausgebildet, welcher einem sich in axialer Richtung entlang der Längsachse 22 erstreckenden Elementabschnitt 37 des ersten Elementabschnitts 15 zugeordnet ist. Er ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Dichtelement ausgeführt, das heißt, dass er sich um den ersten Elementabschnitt 15 ausgehend von dem zweiten Elementabschnitt 16 erstreckt, wie es mit Hilfe des Pfeiles P in 3 angedeutet ist. So kann zuverlässig eine bestmögliche Dichtheit der einzelnen Spiralkanäle 4, 5 bezüglich eines Überströmens im geschlossenen Zustand der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 8 erzielt werden.
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In 8 ist in einem Schwenkwinkel-Öffnungsflächen-Diagramm, oder mit anderen Worten in einem φ - A-Diagramm eine Öffnungscharakteristik der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 8 und der Regelvorrichtung 8 gem. dem Stand der Technik abgebildet, wobei cp ein normierter Schwenkwinkel des Schließelementes 10 und A einen in Abhängigkeit des Schwenkwinkels cp normierten Wert eines freien Strömungsquerschnitts des ersten Strömungsquerschnitts 13 und des zweiten Strömungsquerschnitts 17 kennzeichnet. Der Schwenkwinkel φ mit einem Wert 0 entspricht der Schließposition des Schließelementes 10 sowohl des ersten Strömungsquerschnitts 13 als auch des zweiten Strömungsquerschnitts 17. Mit zunehmendem Wert des Schwenkwinkels cp nimmt der Wert A des ersten Strömungsquerschnitts 13 gemäß seiner mit Hilfe der Elementbesätze 26, 27 gebildeten Außenkontur 14 zu. Ebenso nimmt selbstredend der Wert A des zweiten Strömungsquerschnitts 17 zu.
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Eine erste Linie ES1_1 stellt den Wert A des ersten Strömungsquerschnitts 13 über dem Schwenkwinkel cp des Schließelementes 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel dar. Eine zweite Linie ES1_2 stellt den Wert A des ersten Strömungsquerschnitts 13 über dem Schwenkwinkel cp eines Schließelementes 10 gemäß dem Stand der Technik dar.
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Eine dritte Linie ES2_1 stellt den Wert A des zweiten Strömungsquerschnitt 17 dar, welche mit Hilfe des Schließelementes 10 der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 8 erzielbar ist. Im Vergleich dazu stellt eine vierte Linie ES2_2 den Wert A des zweiten Strömungsquerschnitt 17 dar, welche mit Hilfe des Schließelementes 10 der Regelvorrichtung 8 gemäß dem Stand der Technik erzielbar ist, wobei das Schließelement 10 dem Schließelement 10 zur Herbeiführung der zweiten Linie ES1_2 entspricht.
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In den 9 und 10 sind Isolinien I auf dem Schließelement 10 eingezeichnet, bezogen auf den ersten Strömungsquerschnitt 13 bzw. auf den zweiten Strömungsquerschnitt 17. Das heißt mit anderen Worten, dass eine Isolinie I eine Stellung des Schließelementes 10 bei einem bestimmten Schwenkwinkel φ kennzeichnet, wobei in 9 sich die Isolinien I auf den ersten Strömungsquerschnitt 13 beziehen, somit auf den zwischen den beiden Spiralkanälen 4, 5 freigegebenen Strömungsquerschnitt. In 10 kennzeichnen die Isolinien I den freigegebenen zweiten Strömungsquerschnitt 17, welcher dem freien Strömungsquerschnitt des Umgehungskanals 18 entspricht. Es ist erkennbar, dass mit Hilfe der Elementbesätze 26, 27 ein gewünschter freier Strömungsquerschnitt des Umgehungskanals 18 erzielbar ist, bei nahezu unverändert freigegebenem ersten Strömungsquerschnitt 13.
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Die einzelnen Isolinien I in 10 kennzeichnen jeweils einen ersten Elementquerschnitt EQ1 des ersten Elementteilabschnitts 19 des Schließelementes 10, welcher entlang der Längsachse 22 variabel ausgeführt ist. Das heißt mit anderen Worten, dass der erste Elementquerschnitt EQ1 des ersten Elementteilabschnitts 19, welcher quer, insbesondere senkrecht zur Längsachse 22 ausgebildet ist, veränderlich oder mit anderen Worten variabel, somit nicht konstant ist.
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Der zweite Elementteilabschnitt 20 weist einen entlang der Längsachse 22 konstant ausgebildeten zweiten Elementquerschnitt EQ 2 auf.
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Das asymmetrisch ausgebildete Schließelement 10 der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung 8 lässt eine Öffnung und Schließung des Umgehungskanals 18 zu, die eine breitere Varianz des effektiv freigegebenen Strömungsquerschnitts erlaubt, als es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das heißt mit anderen Worten, dass der Wert A des zweiten Strömungsquerschnitts 17 bei nahezu gleichbleibendem Wert A des ersten Strömungsquerschnitts 13 insbesondere mit Hilfe der Elementbesätze 26, 27 in einem breiten Wertespektrum verändert werden kann.
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Die virtuelle Umhüllende 23 bildet hierzu einen virtuellen Gestaltungsraum des ersten Elementabschnitts 15, welcher einen kreisförmigen zweiten Strömungsquerschnitt 17 erlaubt. Der asymmetrisch ausgebildete erste Elementteilabschnitt 19 führt zu einem im größeren Umfang optimierbaren Öffnungsverhalten des Schließelementes 10 bezüglich des Umgehungskanals 18. Das heißt mit anderen Worten, dass über einem weiten Öffnungsbereich ein verstärkt degressiver Verlauf der dritten Linie ES2_1 realisierbar ist.
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Der zweite Elementteilabschnitt 20 fungiert als Dichtelement bezüglich des Abgasführungsabschnitts 1. Ein kreisförmiger Querschnitt, wie ihn der zweite Elementteilabschnitt 20 besitzt, weist ein gegenüber einem nichtkreisförmigen Querschnitt verbessertes Dichtverhalten auch bei, aufgrund der hohen Temperaturen des Abgases vorliegendem Verformungsverhalten des Schließelementes 10 auf.
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Grundsätzlich können die beiden Elementbesätze 26, 27 spiegelsymmetrisch bezogen auf den Trennabschnitt 36 ausgeführt sein, dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich, würde jedoch in Abhängigkeit der Form der Spiralkanäle 4, 5 zu einem bevorzugten Betrieb des Abgasturboladers 2 sowie des Betriebsaggregates führen können. Liegen bspw. symmetrisch ausgeführte Spiralkanäle 4, 5 vor, so könnten bevorzugt die Elementbesätze 26, 27 ebenfalls symmetrisch ausgeführt sein. Sind die beiden Spiralkanäle 4,5 asymmetrisch ausgeführt, könnte eine Asymmetrie der Elementbesätze 26, 27 vorteilhaft sein. Dies ist abhängig von dem gewünschten Betriebsverhalten des Abgasturboladers 2. Zwingend notwendig ist, dass die beiden Elementbesätze 26, 27 höchstens identisch mit einer Grenzmantelfläche 39 der virtuellen Umhüllenden 23 sind, oder innerhalb der virtuellen Umhüllenden 23, welche hohlzylindrisch ausgeführt ist, liegen.
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In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehr als zwei Elementbesätze ausgebildet. Die Anzahl der Elementbesätze 26, 27 ist somit variabel und von den Anforderungen an das Betriebsverhalten des Abgasturboladers 2 abhängig.
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In einem weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Querschnitt Q der virtuellen Umhüllenden 23 nicht kreisförmig ausgeführt. Das bedeutet, dass ebenfalls der zweite Elementquerschnitt EQ2 nicht kreisförmig, sondern dem Querschnitt Q entsprechend ausgebildet ist.
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Zur Bewegbarkeit des Schließelementes 10, und somit der Regelvorrichtung 8, ist im Abgasführungsabschnitt 1 eine zylinderartig ausgebildete Öffnung 38 ausgestaltet, wie sie in 1 abgebildet ist, in welcher die Elementwelle 35 rotierbar um die Drehachse 21, welche einer Längsachse der Elementwelle 35 entspricht, aufgenommen ist. Der zwischen der Elementwelle 35 und dem Schließelement 10 angeordnete Elementarm 34 somit dient der Verbindung des Schließelementes 10 mit der Elementwelle 35, so dass das Schließelement 10 durch ein einfaches Verdrehen der Elementwelle 35 verschwenkt werden kann.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient die erfindungsgemäße Regelvorrichtung 8 einem gekoppelten Öffnen und Schließen des ersten Strömungsquerschnitts 13 und des zweiten Strömungsquerschnitts 17. Ebenso könnte sie auch nur zum Öffnen und Schließen des ersten Strömungsquerschnitts 13, somit unabhängig von einem Öffnen und Schließen des zweiten Strömungsquerschnitts 17 ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasführungsabschnitt
- 2
- Abgasturbolader
- 3
- Eintrittskanal
- 4
- Erster Spiralkanal
- 5
- Zweiter Spiralkanal
- 6
- Abgaskrümmer
- 7
- Verbrennungskraftmaschine
- 8
- Regelvorrichtung
- 9
- Schließeinrichtung
- 10
- Schließelement
- 11
- Elementhebel
- 12
- Durchströmöffnung
- 13
- Erster Strömungsquerschnitt
- 14
- Außenkontur
- 15
- Erster Elementabschnitt
- 16
- Zweiter Elementabschnitt
- 17
- Zweiter Strömungsquerschnitt
- 18
- Umgehungskanal
- 19
- Erster Elementteilabschnitt
- 20
- Zweiter Elementteilabschnitt
- 21
- Drehachse
- 22
- Längsachse
- 23
- Virtuelle Umhüllende
- 24
- Elementboden
- 25
- Trennwand
- 26
- Erster Elementbesatz
- 27
- Zweiter Elementbesatz
- 28
- Besatzteil
- 29
- Elementteil
- 30
- Übergang
- 31
- Grundfläche
- 32
- Besatzfläche
- 33
- Rand
- 34
- Elementarm
- 35
- Elementwelle
- 36
- Trennabschnitt
- 37
- Elementabschnitt
- 38
- Öffnung
- 39
- Grenzmantelfläche
- A
- Wert
- I
- Isolinie
- P
- Pfeil
- EQ1
- Erster Elementquerschnitt
- EQ2
- Zweiter Elementquerschnitt
- ES1_1
- Erste Linie
- ES2_1
- Zweite Linie
- ES1_2
- Dritte Linie
- ES2_2
- Vierte Linie
- KR
- Krümmungsradius
- Q
- Querschnitt
- R
- Radius
- φ
- Schwenkwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 10890084 B2 [0004]
- US 10662869 B2 [0004]
- US 10662868 B2 [0004]
- DE 112015005440 B4 [0005]
