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Die Erfindung betrifft einen mehrflutigen Abgasturbolader mit einer Turbine, einem Turbinenrad, einer ersten Flut und einer zweiten Flut, einer Bypassleitung für das Turbinenrad, einer Bypassventileinrichtung zur Einstellung der Größe eines Bypassabgasstroms durch die Bypassleitung und mit einer Flutenverbindungseinrichtung zur Einstellung eines Ausmaßes der Verbindung von Abgasströmen in den Fluten. In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung eine Steuerung für einen Abgasturbolader sowie zwei Verfahren zur Steuerung eines Abgasturboladers.
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Im Stand der Technik sind mehrflutige Abgasturbolader bekannt, welche insbesondere für Sechszylindermotoren eingesetzt werden. Es ist weiter bekannt, dass insbesondere bei niedrigen Drehzahlen des Motors, mit dessen Abgas der Abgasturbolader arbeitet, Stoßaufladung stattfinden kann. Die Stoßaufladung nutzt in den Gasstößen im Abgas vorhandene Energie zum Antrieb der Turbine. Bei einem Sechszylindermotor ergänzen sich dabei je drei Zylinder vorteilhaft, sodass bevorzugt Abgas aus drei Zylindern in einer Flut zusammengefasst wird. Es ist bekannt, dass es günstig für die Strömungsverhältnisse ist, bei höheren Drehzahlen des Motors und entsprechend erhöhtem Abgasstrom die beiden Fluten zu verbinden. Es findet dann ein Druckausgleich zwischen den Fluten statt, der die Stöße im Abgas abbaut. Der Turbolader geht dann in einen Stauaufladungsbetrieb über, in dem die Turbine vor allem einen Staudruck des Abgases in eine Drehbewegung umsetzt. Weiter ist bekannt, zur Vermeidung einer Überlastung der Turbine in einem Betriebszustand mit starkem Abgasstrom Abgas zu der Turbine durch eine Bypassleitung um die Turbine herumzuleiten, wobei die Stärke des Bypassstroms durch ein Bypassventil einstellbar ist.
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Beispielsweise aus der
DE 10 2007 0254 37A1 ist bekannt, eine Schalteinrichtung vorzusehen, mittels welcher Abgas von einer Flut in die andere gelangen kann. Weiter ist in dieser Patentanmeldung ein von der Flutenverbindung unabhängiges Bypassventil vorgesehen, mittels welchem aus beiden Fluten Abgas abgezweigt werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Abgasturbolader einfacher steuerbar zu machen.
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Die
DE 10 2006 058 102 A1 betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader, wobei ein Abgasführungsabschnitt des Abgasturboladers zweiflutig, eine erste Flut und eine zweite Flut aufweisend, ausgebildet ist. Zur Änderung einer Abgasströmungsrichtung stromauf eines Turbinenrades des Abgasturboladers ist eine Ventileinrichtung vorgesehen, welcher ein erster Kanal, ein zweiter Kanal und ein dritter Kanal zugeordnet ist. Ein vierter Kanal ist der Ventileinrichtung zur Durchführung eines Umblasebetriebs und/oder eines Abblasebetriebs zugeordnet, wobei ein verlustreduzierter Umblasebetrieb durchführbar ist und/oder ein Abblasebetrieb aus einzig der zweiten Flut möglich.
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Zudem wird auf die
DE 20 2014 100 754 U1 verwiesen, die eine aufgeladene Brennkraftmaschine offenbart, und auf die
DE 196 18 160 A1 , die sich mit einem Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine befasst.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Abgasturbolader, bei dem die Bypassventileinrichtung und die Flutenverbindungseinrichtung mittels einer Koppeleinrichtung mechanisch gekoppelt betätigbar sind. Das durch die Bypassleitung geleitete Abgas wird aus beiden Fluten zugleich abgezweigt. Die Koppeleinrichtung ist als eine einzelne Einstelleinrichtung ausgebildet. Lediglich durch Betätigen der Einstelleinrichtung ist somit der Abgasstrom in die Bypassleitung einstellbar sowie der Abgasstrom zwischen den beiden Fluten einstellbar. Bei Betätigung der Koppeleinrichtung, welche als Einstelleinrichtung ausgebildet ist, ist ab einer Schließstellung der Bypassventileinrichtung und der Flutenverbindungseinrichtung der Strömungswiderstand der Bypassventileinrichtung früher und/oder in größerem Ausmaß verringerbar als der Strömungswiderstand der Flutenverbindungseinrichtung.
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Die Bypassventileinrichtung ist vorzugsweise in enger räumlicher Nähe zu der Flutenverbindungseinrichtung angeordnet. Die Fluten sind vorzugsweise wenigstens angenähert gleich groß ausgeführt. Die Flutenverbindungseinrichtung kann im Vorlauf zum Spiraleinlauf der Turbine angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Abstand der Flutenverbindung zu der Turbine groß genug sein, um Druckpulsationen zwischen den Fluten auszugleichen, bis das Abgas die Turbine erreicht. Die Fluten werden vorzugsweise bei höheren Drehzahlen und/oder höherer Last verbunden.
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Die mechanische Kopplung der Flutenverbindungseinrichtung mit der Bypassventileinrichtung bewirkt, dass die beiden Einrichtungen gemeinsam verstellbar sind, was wiederum einen erheblich vereinfachten Aufbau zum Einstellen des Betriebszustands ermöglicht. Insbesondere ist nur eine einzige Stelleinrichtung erforderlich. Dadurch können Material, Gewicht und letztlich auch Kosten eingespart werden.
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Vorzugsweise vereint die Einstelleinrichtung die Bypassventileinrichtung und die Fl utenverbindungseinri chtung.
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Vorzugsweise kann mittels der Einstelleinrichtung der Strömungswiderstand verändert werden, den die Bypassventileinrichtung in den Bypassabgasstrom einbringt. Insbesondere kann dazu ein Bypassdurchtrittsquerschnitt eingestellt werden, der am Übertritt von einer oder mehreren der Fluten zur Bypassleitung wirksam ist. Ebenso kann der Strömungswiderstand am Übergang von einer Flut in eine andere, welcher von der Flutenverbindungseinrichtung bereitgestellt wird, mittels der Einstelleinrichtung verändert werden. Es kann beispielsweise ein Verbindungsquerschnitt in seiner Größe eingestellt werden, welcher am Übergang der Fluten zueinander wirkt. So kann das Ausmaß der Separierung bzw. Verbindung der Fluten eingestellt werden.
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Der Bypassdurchtrittsquerschnitt bzw. der Verbindungsquerschnitt können, müssen aber nicht der Querschnitt der einer Öffnung in einer Flut oder zwischen zwei Fluten sein, sondern der wirksame Querschnitt kann sich auch in einem Winkel zu einer Öffnung in der Flut oder einem anderen Element erstrecken und mit einem weiteren Element und dem Rand der Öffnung zusammenwirken. Ein Beispiel ist eine Abdeckung einer Öffnung in der Flut mit einer Art Deckel, bei dessen Anheben sich zwischen dem Deckel und dem Rand der Öffnung in der Flut der wirksame Querschnitt ergibt. Die Einstelleinrichtung für den Strömungswiderstand kann außerdem in manchen Betriebszuständen durch einen Differenzdruck zwischen den Fluten und/oder einer Flut und dem Bypasskanal angedrückt werden, sodass sich eine gute Dichtwirkung ergibt.
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Bevorzugt ist die Einstellenrichtung als ein einstückiges Einstellelement ausgeführt. Dies bedeutet, dass das Einstellelement nur aus fest miteinander verbundenen Teilen oder Abschnitten besteht. Das Einstellelement weist keine Gelenke oder Führungen zwischen Abschnitten auf, welche die Funktionen einer Bypassventileinrichtung und einer Flutenverbindungseinrichtung haben. Wird ein solches Einstellelement bewegt, kann eine gleichzeitige Änderung des Strömungswiderstandes der Bypassventileinrichtung und der Flutenverbindungseinrichtung stattfinden. Dies muss nicht in jedem Einstellbereich des Einstellelementes stattfinden.
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Weiter bevorzugt ist in zwei Fluten eine gemeinsame Bypassdurchtrittsöffnung angeordnet, welche jeweils zu einem Teil in beiden Fluten verläuft. Die Einstelleinrichtung kann die beiden Teile der Bypassdurchtrittsöffnung zugleich verschließen. Mittels einer Relativbewegung zwischen den Fluten und der Einstelleinrichtung kann der Strömungswiderstand der Bypassventileinrichtung eingestellt werden. Die Relativbewegung ist bevorzugt eine translatorische Relativbewegung. Alternativ oder zusätzlich kann eine rotatorische Relativbewegung angewendet werden, wobei insbesondere eine Drehachse durch die Einstelleinrichtung verläuft, die um diese geschwenkt werden kann.
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Bevorzugt ist die Einstelleinrichtung als Einstellelement in Form eines Einstellschiebers ausgeführt, welcher gradlinig von den Fluten weg bewegbar ist und der, wenn er von außen auf den Fluten aufliegt, mit einer Verschlussfläche alle Teile der Bypassdurchtrittsöffnung in den Fluten verschließt. Die Führung für die Relativbewegung kann durch eine Führungseinrichtung, insbesondere eine Linearführung, bewirkt werden. In einer alternativen Variante mit einer rotatorischen Relativbewegung der Einstelleinrichtung ist die Drehachse so angeordnet, dass ein flächiger Verschlussabschnitt der Einstelleinrichtung auf den Fluten die Bypassdurchtrittsöffnung verschließend von außen aufliegen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Einstelleinrichtung eine Einstelltrommel. Die Einstelltrommel ist vorzugsweise im Wesentlichen zylinderförmig und im Inneren hohl ausgebildet. Die Einstelltrommel weist vorteilhafterweise für jede Flut eine Flutenverbindungsöffnung auf, über die die Fluten verbindbar sind.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Einstelltrommel eine Bypassaussparung, insbesondere Bypassdurchtrittsöffnung, aufweisen, durch die Abgas in die Bypassleitung gelangen kann.
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Das Innere der Trommel wird von Abgas durchströmt, welches von hier vorzugsweise durch eine Abgasdurchtrittsöffnung in eine Flut in Richtung Turbine und/oder durch eine Bypassaussparung in Richtung Bypassleitung austreten kann.
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Die Bypassaussparung, insbesondere Bypassdurchtrittsöffnung, bildet bevorzugt mit einer Kante der Flut oder einer anderen Kante eine Abgasdurchtrittsöffnung, welche insbesondere in ihrem Abgasdurchtrittsquerschnitt einstellbar ist. Vorzugsweise erfolgt die Einstellung des Abgasdurchtrittsquerschnitts durch Drehen und/oder Verschieben der Einstelltrommel relativ zu den Fluten.
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Bevorzugt verläuft die Einstelltrommel innerhalb beider Fluten. Dabei verläuft sie bevorzugt durch Fluten durchquerend, wobei sie insbesondere den vollen Querschnitt der Fluten ausfüllt. Eine solche Durchquerung kann, muss jedoch nicht in einem rechten Winkel zum Abgasstrom erfolgen.
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Vorzugsweise sind eine Mittelachse der Einstelltrommel und eine Mittelachse der Turbine wenigstens näherungsweise parallel zueinander angeordnet.
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Die Abgasdurchtrittsaussparungen in der Einstelltrommel können eine Geometrie aufweisen, welche beim Einstellen mit einer Kante von einer oder mehreren Fluten zusammenwirkend eine vorgegebene Änderung des Abgasdurchtrittsquerschnittes bewirkt. Beispielsweise kann zunächst eine geringe Zunahme des Abgasdurchtrittsquerschnitts pro Inkrement der Verstellung der Einstelltrommel stattfinden, während in einem anderen Einstellbereich ein erheblich stärkerer Zuwachs des Abgasdurchtrittsquerschnitts pro Inkrement der Verstellung der Einstelltrommel erfolgt. Es ist denkbar, das Innere der Einstelltrommel als Mischraum für Abgas aus zwei verschiedenen Fluten einzusetzen, sodass beim Durchtritt von Abgas durch das Innere der Einstelltrommel ein Druckausgleich zwischen unterschiedlichen Drücken in den beiden Fluten stattfinden kann.
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Vorzugsweise weist die Einstelltrommel eine Endkante auf, welche in axialer Richtung der Trommel unterschiedlich weit vorsteht. Vorzugsweise ist eine solche Einstelltrommel im Bereich der Endkante unter einem Winkel zu einer Flut angeordnet. Bevorzugt ragt das Ende mit der Endkante ins Innere der Flut. Die unterschiedlich weit vorstehenden Abschnitte der Kante ragen unterschiedlich weit in die Flut. Bei einer Drehung der Trommel werden die unterschiedlich weit vorstehenden Abschnitte der Kante in einen anderen Winkel zum Abgasstrom gebracht, wodurch dieser unterschiedlich stark gedrosselt wird.
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Vorzugsweise fließt der Abgasstrom aus der Flut in das Innere der Einstelltrommel. Die Endkante verläuft vorzugsweise in einer Ebene schräg zur Längsachse der Einstelltrommel. Dadurch ergibt sich bis zu einem Maximum ein Anstieg des Vorstandes der Endkante in axialer Richtung der Einstelltrommel. Eine solche Geometrie ist für eine Einstellung des Strömungswiderstandes in einer Einbausituation, in der die Endkante ins Innere einer Flut ragt, durch Verdrehen der Einstelltrommel gut geeignet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Einstelltrommel an einer Stelle in dem Abgasturbolader angeordnet, an der die Fluten zum Turbinenrad übergehen. Die Einstelltrommel weist bevorzugt je eine Düse für jede Flut auf. Durch Verdrehen der Einstelltrommel kann vorzugsweise ein wirksamer Abgasdurchtrittsquerschnitt für das Hindurchtreten von Abgas durch die Düsen eingestellt werden.
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Die Verstellung des Querschnitts erfolgt vorzugsweise mit einer Kante des Turboladers und einer Aussparung in der Einstelltrommel, welche gemeinsam eine Düsenöffnung definieren. Vorzugsweise können die Düsen vollständig geschlossen werden, sodass sie als Motorbremse wirken.
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Der Düsenbereich kann beschaufelt oder unbeschaufelt ausgeführt sein. Die Querschnittscharakteristik der Düsen, die sich durch Drehen der Einstelltrommel ergibt, kann für verschiedene Abgasturboladertypen unterschiedlich definiert sein. Mittels der Querschnittscharakteristik kann über den Verstellbereich der Einstelltrommel das A/R-Verhältnis des Turboladers als Verhältnis des Eintrittsquerschnitts zum Radius des Turbinenrads verändert werden. Das A/R-Verhältnis hängt damit zusammen, in welchem Leistungsbereich eines abgasliefernden Motors der Turbolader unter günstigen Bedingungen arbeitet.
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Ferner bevorzugt hat die Flutenverbindungseinrichtung von der Turbine einen Abstand, der dafür ausreicht, dass der Druckausgleich zwischen den verbundenen Fluten zu einer erheblichen Vergleichmäßigung des Abgasstroms führt, bis dieser die Turbine erreicht. Vorzugsweise beträgt der Abstand der Flutenverbindungseinrichtung von der Turbine wenigstens das Fünffache eines mittleren Innendurchmessers einer Flut, besonders bevorzugt wenigstens das Zehnfache.
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In einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Einstelltrommel eine Trennwand aufweist, welche das Innere der Einstelltrommel in zwei Teilräume unterteilt. Einer davon kann zur Flutenverbindung und/oder zur Einstellung der wirksamen Größe von Düsenöffnungen genutzt werden, während der andere zur Steuerung der Größe eines Abgasstroms durch die Bypassleitung genutzt werden kann. Insbesondere ist die Einstelltrommel an den beiden Teilräumen mit jeweils dazugehörigen Ausnehmungen versehen, welche zur Steuerung der Größe von Abgasströmen genutzt werden können. Insbesondere weist die Trennwand eine Form auf, die es ermöglicht, einen Abgasstrom mit einer strömungstechnisch angepassten Umlenkgeometrie umzulenken.
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Vorzugsweise ist an der Einstelltrommel eine Welle befestigt, an der die Einstelltrommel lagerbar ist. Besonders bevorzugt ist die Welle an einer Zwischenwand im Inneren der Einstelltrommel befestigt. Die Welle kann auch einstückig mit der Zwischenwand ausgeführt sein.
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Vorzugsweise weist der Abgasturbolader eine Turbine mit variabler Geometrie auf, nämlich insbesondere mit verstellbaren Schaufeln, die mittels einer Schaufelverstelleinrichtung verstellbar sind. Es wird vorgeschlagen, eine Betätigung der Schaufelverstelleinrichtung mit einer Betätigung der Bypassventileinrichtung und der Flutenverbindungseinrichtung zu koppeln, insbesondere mechanisch. Wenn die Einstelleinrichtung als Einstelltrommel ausgeführt ist, kann diese in die Schaufelverstelleinrichtung integriert sein, insbesondere in deren Verstellring. Ein solcher Turbolader eignet sich sowohl als Turbolader für Ottomotoren mit variabler Turbinengeometrie als auch als Turbolader für Dieselmotoren mit variabler Turbinengeometrie, welcher eine Flutentrennung aufweist.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Einstelleinrichtung einen Separierungsabschnitt (bei der Einstelltrommel bezeichnet als Trommelseparierungsabschnitt) auf, der dazu eingerichtet ist, in zumindest einem Betriebszustand eine vollständige oder starke Separierung der Fluten herbeizuführen, während er weiter dazu eingerichtet ist, in einem anderen Betriebszustand eine weniger starke Separierung bzw. eine verstärkte Verbindung der Fluten zu bewirken. Der Separierungsabschnitt kann auch an einem Separierungselement ausgebildet sein.
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Der Separierungsabschnitt ist in Bezug auf die Fluten relativ bewegbar, wodurch ein Strömungswiderstand zwischen den Fluten veränderbar ist. Dabei kann der Separierungsabschnitt bzw. die Einstelleinrichtung, an der sich der Separierungsabschnitt befindet, in einer Führungseinrichtung geführt sein und/oder um eine Drehachse drehbar sein.
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Insbesondere ist die Führungseinrichtung an dem Separierungsabschnitt oder an der Einstelleinrichtung angeordnet und/oder befestigt.
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Vorzugsweise weist der Separierungsabschnitt eine Aussparung auf, mittels welcher in Zusammenwirkung mit einer Kante in wenigstens einer der beiden Fluten eine Veränderung des Strömungswiderstands zwischen den Fluten bewirkt werden kann, indem die Größe der Aussparung beim Einstellen veränderbar ist. Vorzugsweise ist der Separierungsabschnitt flächig ausgebildet.
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Insbesondere ist der Separierungsabschnitt außen an der Einstelltrommel zur Regulierung der Flutenverbindung angeordnet. Eine Verdrehung der Einstelltrommel bewirkt in diesem Fall die Relativbewegung zwischen dem Separierungsabschnitt und der Flut.
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Vorzugsweise verläuft der als Trennelement ausgebildete Separierungsabschnitt in Umfangsrichtung entlang der Krümmung der Außenoberfläche der Einstelltrommel und in radialer Richtung der Einstelltrommel. Vorzugsweise ist der Separierungsabschnitt zumindest in einem Betriebszustand in einem Bereich zwischen den Fluten angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die zwei Fluten jeweils mit einer Abgaseinlassöffnung und einer Abgasauslassöffnung versehen. Die Abgasauslassöffnung einer Flut ist mit einer Abgaseinlassöffnung einer anderen Flut verbindbar oder verbunden.
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Das Ausmaß der Verbindung der Abgaseinlass- und der Abgasauslassöffnung ist einstellbar. Dies kann über das Einstellen einer wirksamen Größe der Abgasauslassöffnung und/oder der Abgaseinlassöffnung bewirkt werden.
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Vorzugsweise ist hierzu, die Abgaseinlass- und/oder Abgasauslassöffnung mittels einer Abdeckscheibe vollständig, teilweise oder nicht abzudecken.
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Die Abdeckscheibe weist dazu Aussparungen auf, die sich mit den Abgaseinlass- und Abgasauslassöffnungen überlappen können, teilweise überlappen können oder nicht überlappen können, wobei im letzten Fall Material der Abdeckscheibe vor den Abgaseinlass- und Abgasauslassöffnungen angeordnet ist, um sie zu verschließen.
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Vorzugsweise ist ein Überströmraum (auch: Flutenverbindungsraum) vorgesehen, in den die Abgaseinlassöffnung in und die Abgasauslassöffnungen münden. In diesem Raum kann ein Druckausgleich zwischen den Fluten stattfinden, wobei aus den Abgasauslassöffnungen der Fluten in den Überströmraum eingeleitetes Abgas durch die Abgaseinlassöffnungen wieder in die Fluten und zur Turbine strömen kann.
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Vorzugsweise sind die Bypassventileinrichtung und die Flutenverbindungseinrichtung in einer Schließstellung beide geschlossen. Beim Übergang von der Schließstellung in eine Stellung, in der der Strömungswiderstand der Bypassventileinrichtung und der Flutenverbindungseinrichtung jeweils verringert werden, wird der Strömungswiderstand der Bypassventileinrichtung mit dem Verlassen der Schließstellung früher und/oder stärker verringert als der Strömungswiderstand der Flutenverbindungseinrichtung. Somit wird bevorzugt Abgas durch die Bypassleitung geleitet, bevor eine erhebliche Flutenverbindung stattfindet.
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Wie bereits beschrieben, wird stromab der Bypassventileinrichtung der Bypassabgasstrom durch die Bypassleitung am Turbinenrad vorbeigeführt. Vorzugsweise wird das Ende der Bypassleitung entsprechend positioniert, um die Anströmung des Katalysators zu optimieren. Durch eine entsprechende Positionierung des Endes der Bypassleitung kann die Katalysatoranströmung, insbesondere bezüglich Strömungsrichtung und Anströmungspunkt der Oberfläche, definiert gestaltet werden. Dadurch kann die Aufheizphase des Katalysators verkürzt werden. Dies ist insbesondere dadurch möglich, da aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Bypassventileinrichtung am Anfang der Bypassleitung positioniert ist und somit das Ende der Bypassleitung relativ frei gestaltet werden kann.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Steuerung für einen Abgasturbolader vorgeschlagen, der die Merkmale wenigstens einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aufweist. Mittels der Steuerung ist die Koppeleinrichtung, vorzugsweise ausgebildet als Einstelleinrichtung, insbesondere mit zunehmender Motordrehzahl und/oder zunehmender Motorlast betätigbar. Durch die gekoppelte Verstellung der Bypassventileinrichtung und der Flutenverbindungseinrichtung wird das Verhalten des Turboladers optimiert, wozu ein einziges Ansteuersignal und/oder eine einzige Ansteuerbewegung ausreicht.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung eines Abgasturboladers mit den Merkmalen einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird die Koppeleinrichtung, vorzugsweise ausgebildet als Einstelleinrichtung, zunehmend betätigt, wenn die Motordrehzahl und/oder die Motorlast zunimmt. Die Zunahme ist dabei als Betätigung von einer Schließstellung aus zu verstehen. Die Einstelleinrichtung wird dabei ausgehend von einer Schließstellung derart betätigt, dass sich die Einstelleinrichtung zunehmend öffnet.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Bypassventileinrichtung von der geschlossenen Stellung ausgehend früher und/oder stärker betätigt als die Flutenverbindungseinrichtung. Dadurch wird der Strömungswiderstand der Bypassventileinrichtung früher und/oder stärker verringert als der Strömungswiderstand der Flutenverbindungseinrichtung. Die frühere und/oder stärkere Verringerung wird durch die Mechanik der Koppeleinrichtung, vorzugsweise ausgebildet als Einstelleinrichtung, geleistet. Die Ansteuerung kann mittels eines einzigen Ansteuersignals und/oder einer einzigen Ansteuerbewegung erfolgen.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung als Beispiel anhand der Zeichnungen im Anhang beschrieben, in denen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
- 2 einen Querschnitt durch die erste Ausführungsform der Erfindung in einem Betriebszustand mit dem Einstellelement in einer Schließstellung zeigt,
- 3 den Querschnitt aus 2 mit dem Einstellelement in einer teilweise geöffneten Stellung zeigt,
- 4 den Querschnitt aus 2 mit dem Einstellelement in vollständig geöffneter Stellung zeigt,
- 5 ein Einstellelement der ersten Ausführungsform in einer anderen Variante als in den 2 bis 4 zeigt,
- 5a eine weitere Variante der ersten Ausführungsform mit einer anders ausgestalteten Führung in einem Querschnitt durch die Fluten zeigt,
- 5b noch eine weitere Variante der ersten Ausführungsform mit einer abermals anders ausgestalteten Führung in einem Querschnitt durch die Fluten zeigt,
- 5c ein Einstellelement für die beiden in den 5 a und 5b dargestellten Varianten zeigt,
- 5d eine weitere Version eines Einstellelements für die in de 5a und 5b dargestellten Varianten der ersten Ausführungsform zeigt,
- 5e - 5g eine weitere Version des Einstellelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
- 5h - 5k eine weitere Version des Einstellelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
- 6 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt,
- 7 eine Abwicklung der Einstelltrommel der zweiten Ausführungsform in einer Draufsicht zeigt,
- 8 eine Ansicht der Abwicklung der Einstelltrommel in 7 zeigt,
- 9 einen Querschnitt durch die Einstelltrommel in einer Einbausituation in zwei Fluten eines Abgasturboladers in der zweiten Ausführungsform in einer Schließstellung zeigt,
- 10 denselben Querschnitt wie 9 mit der Einstelltrommel in einer Position mit leichter Öffnung der Bypassventileinrichtung zeigt,
- 11 den Querschnitt aus 10 mit der Einstelltrommel in einer Position mit weiter geöffneter Bypassventileinrichtung und teilweise geöffneter Flutenverbindungseinrichtung zeigt,
- 12 denselben Querschnitt wie 11 mit vollständig geöffneter Bypassventileinrichtung und vollständig geöffneter Flutenverbindung zeigt,
- 13 eine Abwicklung der Einstelltrommel der zweiten Ausführungsform in einer weiteren Variante zeigt,
- 14 eine schematische Darstellung einer Einstelleinrichtung mit einer Bypassventileinrichtung und einer Flutenverbindungseinrichtung in einer dritten Ausführungsform eines Abgasturboladers zeigt,
- 15 eine Einbausituation für die Einstelleinrichtung aus 14 zeigt,
- 16 einen Querschnitt durch die in 15 gezeigte Einbausituation einschließlich der Einstelleinrichtung in einer Schließstellung zeigt,
- 17 den Querschnitt aus 16 zeigt, wobei die Bypassventileinrichtung der Einstelleinrichtung teilweise geöffnet ist,
- 18 den Querschnitt aus 17 zeigt, wobei die Bypasseinrichtung und die Fluteneinrichtung beide vollständig geöffnet sind,
- 19 einen Ausschnitt aus der Einstelleinrichtung in einer Variante mit einer Welle zeigt,
- 20 einen Ausschnitt aus einem Abgasturbolader mit zwei Flutenabschnitten in einer vierten Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht zeigt,
- 21 einen Querschnitt durch den in 20 gezeigten Ausschnitt einschließlich einer Einstelleinrichtung zeigt,
- 22 eine schematische Draufsicht auf die Einstelleinrichtung aus 21 in einer Schließstellung zeigt,
- 23 die Einstelleinrichtung aus 22 in einer Stellung zeigt, in der die Bypassventileinrichtung teilweise geöffnet ist,
- 24 die Einstelleinrichtung aus 22 in einer Stellung zeigt, in der die Bypassventileinrichtung und die Flutenverbindungseinrichtung vollständig geöffnet sind,
- 25 eine schematische Darstellung der Einbausituation des erfindungsgemäßen Abgasturboladers in einem Ansaug- und Abgastrakt eines Verbrennungsmotors für alle Ausführungsbeispiele zeigt,
- 26, 27 eine Einstelleinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt,
- 28 eine erste Variante zum fünften Ausführungsform zeigt,
- 29 eine zweite Variante zum fünften Ausführungsform zeigt,
- 30 - 32 eine Flutenverbindungseinrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
- 33 - 35 eine Einstelleinrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
- 36 eine erste Variante zur siebten Ausführungsform zeigt, und
- 37 eine zweite Variante zur siebten Ausführungsform zeigt.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Schnitt durch zwei Fluten 1,2 eines erfindungsgemäßen Abgasturboladers. Die Fluten 1, 2 verlaufen parallel und sind durch eine Trennwand 3 voneinander getrennt. Die Fluten 1,2 weisen eine gemeinsame Bypassdurchtrittsöffnung 4 auf, die beide Fluten 1 und 2 mit ihrem Äußeren verbindet. Außerdem ist an der Position der Bypassdurchtrittsöffnung 4 die Trennwand 3 ausgenommen, sodass an dieser Ausnehmung eine Verbindung der Fluten 1 und 2 möglich ist.
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2 zeigt einen Querschnitt durch die in 1 dargestellten Fluten 1, 2 an einer Stelle, an der sich die Bypassdurchtrittsöffnung 4 befindet. In 2 ist zusätzlich ein Einstellelement 5 dargestellt. Außerdem ist ein Ende einer Bypassleitung 6 dargestellt, welches die Bypassdurchtrittsöffnung 4 umgibt. Das Einstellelement 5 verschließt mit einem Verschlussabschnitt 5a die Bypassdurchtrittsöffnung 4. Mit einem Separierungsabschnitt 5b trennt es an der Ausnehmung an der Trennwand 3 die Fluten 1, 2 voneinander. Weiter weist das Einstellelement 5 einen Führungsabschnitt 5c auf, der das Einstellelement 5 an der Wand 3 führt. In 2 ist das Einstellelement 5 in seiner Schließstellung gezeigt, in der die Fluten 1, 2 vollständig voneinander separiert sind und die Bypassdurchtrittsöffnung 4 vollständig geschlossen ist.
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Das Einstellelement 5 ist somit als Bypassventileinrichtung 107 und gleichzeitig als Flutenverbindungseinrichtung 108 ausgebildet.
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3 zeigt den Querschnitt aus 2, wobei jedoch das Einstellelement 5 in einer Stellung gezeigt ist, in der die Bypassdurchtrittsöffnung 4 teilweise geöffnet ist, sodass Abgas aus beiden Fluten 1, 2 in die Bypassleitung 6 eintreten kann. Der Verschlussabschnitt 5a ist in dieser Stellung von einer Außenwand der Fluten 1, 2, in der sich die Bypassdurchtrittsöffnung 4 befindet, abgehoben. Der Führungsabschnitt 5c ist gegenüber der Schließstellung der Einrichtung in Bezug auf die Trennwand 3 verschoben. In der gezeigten Stellung des Einstellelements 5 sind die Fluten 1, 2 voneinander getrennt.
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4 zeigt denselben Querschnitt wie 2 und 3, jedoch mit dem Unterschied, dass das Einstellelement 5 in einer vollständig ausgefahrenen Stellung gezeigt ist. Die Bypassdurchtrittsöffnung 4 ist vollständig geöffnet. Außerdem ist der Führungsabschnitt 5c gegenüber der Trennwand 3 soweit verschoben, dass eine Flutenverbindungsöffnung 5d freigegeben ist. Die Flutenverbindungsöffnung 5d umfasst zwei einzelne Öffnungen, welche jeweils in einem Schenkel des Führungsabschnitts 5c angeordnet ist. Wenn die Trennwand 3 sich vor den Öffnungen der Flutenverbindungsöffnung 5d zwischen den Schenkeln des Führungsabschnitts 5c befindet, sind die Fluten 1, 2 voneinander getrennt. Durch teilweise Verdeckung der Öffnungen der Flutenverbindungsöffnung 5d kann das Ausmaß der Flutenverbindung eingestellt werden. Die Flutenverbindungsöffnung 5d stellt somit ein Fenster in dem Führungsabschnitt 5c dar.
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5 zeigt eine Variante der Einstelleinrichtung 5 für die erste Ausführungsform des Abgasturboladers, die in den 1 bis 4 gezeigt ist. Im Unterschied zu den in den 2 bis 4 gezeigten Varianten ist die Einstelleinrichtung 5 in 5 drehbar statt verschiebbar ausgeführt. Dazu weist die Einstelleinrichtung 5 eine Drehachse 7 auf. Die Drehachse 7 ist bevorzugt quer zur Längsrichtung der Fluten 1, 2 angeordnet. Der Verschlussabschnitt 5a kann ebenso wie den in den 2 bis 4 gezeigten Varianten die Bypassdurchtrittsöffnung verschließen. Ein Verschwenken der Einstelleinrichtung 5 um die Drehachse 7 bewirkt zumindest ein teilweises Öffnen der Bypassdurchtrittsöffnung 4 durch Abheben des Verschlussabschnitts 5a von der Außenseite der Fluten 1, 2 und ein Ausströmen von Abgas aus den Fluten 1, 2 in die Bypassleitung 6. An den Verschlussabschnitt 5a schließt sich der Separierungsabschnitt 5b an, welcher die Fluten 1, 2 in der Schließstellung der Einstelleinrichtung 5 separiert. Neben dem Separierungsabschnitt 5b ist die Flutenverbindungsöffnung 5d angeordnet. Die Trennwand 3 ist in dieser Variante so ausgebildet, dass sie in der Schließstellung die Flutenverbindungsöffnung 5d vollständig überdeckt. Mit zunehmender Öffnung der Einstelleinrichtung wird die Flutenverbindungsöffnung 5d zumindest in einem Einstellbereich vermehrt freigegeben, sodass sich ein zunehmendes Ausmaß der Verbindung der Fluten 1, 2 einstellt. Dabei muss die Flutenverbindung nicht unmittelbar mit Beginn der Öffnung der Bypassdurchtrittsöffnung 4 beginnen, sondern kann erst bei einem größeren Ausmaß der Öffnung der Bypassdurchtrittsöffnung 4 stattfinden.
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5a zeigt in einem Querschnitt eine Variante der ersten Ausführungsform mit einer anders ausgestalteten Führung für das Einstellelement 5. Die 5a stimmt in vielen Details mit den 2 bis 4 überein. Es wird im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen. Außerdem kann das Öffnen des Einstellelementes 5, ausgebildet als Bypassventileinrichtung 107 bzw. Flutenverbindungseinrichtung 108, auf ähnliche Weise wie in den 2 bis 4 stattfinden, wobei Unterschiede in der Art der Führung des Einstellelements 5 liegen. Im Einzelnen weist die Variante der 5a zwischen den Fluten 1, 2 an der Stelle des Einstellelements 5 keine Trennwand 3 auf. Die Trennung der Fluten 1, 2 wird durch den Separierungsabschnitt 5b des Einstellelements 5 bewirkt. Das Einstellelement 5 ist in einer Führungsaussparung 38 im Inneren der Fluten 1, 2 und in einem Übergangsbereich zwischen der Flut 1 und der Flut 2 angeordnet. Die Führungsaussparung 38 hat eine Breite, die geringfügig größer als der Führungsabschnitt 5c des Einstellelements 5 ist. In der in 5a dargestellten Schließstellung des Einstellelements 5 ist die Flutenverbindungsöffnung 5d in dem Einstellelement 5 in der Führungsaussparung 38 angeordnet. Ein Öffnen des Einstellelements 5, indem es in der Darstellung nach 5a nach rechts bewegt wird, führt dazu, dass die Flutenverbindungsöffnung 5d freigelegt wird und einen Druckausgleich zwischen der ersten Flut 1 und der zweiten Flut 2 bewirkt wird. Alternativ zu der dargestellten Version kann die Führung des Einstellelements 5 auch an einer nicht dargestellten und außerhalb der Zeichenebene liegenden, in Öffnungsrichtung des Einstellelements 5 wirkenden Führungseinrichtung des Einstellelements 5 stattfinden, insbesondere in Zusammenwirkung mit einer außerhalb der Zeichenebene an das Einstellelement 5 angrenzenden Trennwand der Fluten 1, 2. Die Flutenverbindungsöffnung 5d kann entfallen, da das Einstellelement aus der Führungsaussparung gezogen werden kann, wobei es weiter in der Führungseinrichtung geführt ist.
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5b zeigt eine weitere Variante der ersten Ausführungsform der Erfindung in einem Querschnitt durch die Fluten 1, 2. Die Variante der 5b ist bis auf eine anders ausgestaltete Führung des Einstellelements 5 mit der in 5a gezeigten Variante identisch. Es wird daher nur auf die Ausgestaltung der Führung eingegangen; für die weiteren Merkmale sei auf die 5a verwiesen. Zwischen den Fluten 1, 2 ist die Trennwand 3 angeordnet, welche zwei Schenkel aufweist. Zwischen den Schenkeln ist die Führungsaussparung 38 angeordnet. Das Einstellelement 5 ist gleichartig wie das Einstellelement 5 der 5a ausgebildet. Auf gleiche Weise wird beim Öffnen des Einstellelements 5 die Flutenverbindungsöffnung 5d freigelegt.
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5c zeigt einen Querschnitt durch das Einstellelement 5, das für die Varianten in den 5a und 5b geeignet ist. Die Flutenverbindungsöffnung 5d ist als Fenster in einem Endbereich des Einstellelements 5 ausgestaltet. Der Teil des Führungsabschnitts 5c, der sich neben der Flutenverbindungsöffnung 5d befindet, ist erforderlich, um das Einstellelement 5 in der Führungsaussparung 38 zu führen, wenn die Flutenverbindungsöffnung 5d aus der Führungsaussparung 38 gezogen wird. Die Flutenverbindungsöffnung 5d kann wie mit Bezug auf die 5a beschrieben entfallen, wenn an dem Einstellelement 5 eine Führungseinrichtung vorgesehen ist, die von dem Führungsabschnitt 5c unabhängig ist. Das Einstellelement 5 der 5c ist für eine translatorische Öffnungsbewegung des Einstellelements 5 vorgesehen.
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5d zeigt einen Querschnitt einer weiteren Version des Einstellelements 5, welches, wie die Variante in 5, drehbar um die Drehachse 7 ausgeführt ist. Da die Drehachse 7 die Führung des Einstellelements 5 übernimmt, kann auf einen Führungsabschnitt 5c verzichtet werden. In der dargestellten Version verfügt das Einstellelement 5 über die Flutenverbindungsöffnung 5d. In einer nicht dargestellten Version kann auch auf die Flutenverbindungsöffnung 5d verzichtet werden, wenn der Eingriff des Einstellelements 5 in die Führungsaussparung 38 und die umliegenden Teile so ausgestaltet ist, dass beim Öffnen des Einstellelements 5 am Rande des Separierungsabschnitts 5b ein Durchtritt für Abgas freigegeben wird.
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5e bis 5g zeigen eine weitere Ausgestaltung des Einstellelementes 5 als Bypassventileinrichtung 107 und gleichzeitig als Flutenverbindungseinrichtung 108.
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Gemäß 5e ist ein kreuzförmiges Einstellelement 5 vorgesehen, dass bezüglich der Fluten 1, 2 translatorische bewegbar ist, um so den Abgasstrom zwischen den Fluten 1, 2 und in die Bypassleitung 6 zu regulieren. 5e zeigt eine Explosionsdarstellung. In 5f ist der Übersichtlichkeit halber das Einstellelement 5 ausgeblendet. In 5g ist die Anordnung teilweise geschnitten dargestellt.
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Gemäß den 5e bis 5g ist ein gemeinsamer Raum (auch: Flutenverbindungsraum) vorgesehen, in den die beiden Fluten 1, 2 münden und aus dem die beiden Fluten 1, 2 wieder weitergeführt werden. In dem gemeinsamen Raum findet somit eine Flutenverbindung statt. Des Weiteren weist der gemeinsame Raum zwei Bypassdurchtrittsöffnungen 4 auf. Die beiden getrennten Bypassdurchtrittsöffnungen 4 führen beide in die gemeinsame Bypassleitung 6.
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Das Einstellelement 5 weist den Verschlussabschnitt 5a auf. Im geschlossenen Zustand deckt der Verschlussabschnitt 5a beide Bypassdurchtrittsöffnungen 4 ab. Durch die entsprechende translatorische Bewegung des Einstellelementes 5 wird der Verschlussabschnitt 5a angehoben, sodass die beiden Bypassdurchtrittsöffnungen 4 geöffnet werden.
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Ferner umfasst das Einstellelement 5 den Separierungsabschnitt 5b. Der Separierungsabschnitt 5b und der Verschlussabschnitt 5a sind fest miteinander verbunden und stehen in der hier gezeigten Konstruktion senkrecht zueinander.
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Der Separierungsabschnitt 5b befindet sich in dem gemeinsamen Raum zwischen den beiden Fluten 1, 2. Im geschlossenen Zustand trennt der Separierungsabschnitt 5b die beiden Fluten 1,2 voneinander. Hierzu befindet sich der Separierungsabschnitt 5b zwischen den beiden Fluten 1, 2 und zwischen den beiden Bypassdurchtrittsöffnungen 4.
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Durch entsprechendes Anheben des Einstellelementes 5 können sich die Abgasströme aus den beiden Fluten 1, 2 in dem gemeinsamen Raum vermischen.
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In bevorzugter Ausgestaltung befindet sich der Separierungsabschnitt 5b auf einer Seite des Verschlussabschnitts 5a, wohingegen auf der gegenüberliegenden Seite des Verschlussabschnitts 5a ein Fortsatz 5e des Einstellelementes 5 ausgebildet ist. Der Fortsatz 5e bildet eine Fortsetzung des Separierungsabschnittes 5b auf dieser gegenüberliegenden Seite des Verschlussabschnitts 5a.
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5f zeigt Führungsaussparungen 38, ausgebildet als Nuten. In den beiden seitlichen Führungsaussparungen 38 ist das Einstellelement 5 linearbeweglich geführt.
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In der unteren Führungsaussparung 38 ist der Fortsatz 5e eingesetzt. Dies bewirkt, dass beim Anheben des Einstellelementes 5 aus der Schließposition zunächst die beiden Fluten 1, 2 durch den Fortsatz 5e voneinander getrennt bleiben. In diesem Zustand erfolgt lediglich eine Öffnung der beiden Fluten 1, 2 gegenüber der Bypassleitung 6. Erst durch eine weitere lineare Bewegung des Einstellelementes 5 gleitet der Fortsatz 5e aus der unteren Führungsaussparung 38, wodurch eine Flutenverbindung stattfindet.
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Der beschriebene gemeinsame Raum ist durch einen Deckel 5 f verschlossen. Vorzugsweise ragt das Einstellelement 5 durch diesen Deckel nach außen, sodass das Einstellelement 5 von außerhalb des Deckels 5 f bewegbar ist.
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5h bis 5k zeigen eine weitere Ausgestaltung des Einstellelementes 5 als Bypassventileinrichtung 107 und gleichzeitig als Flutenverbindungseinrichtung 108. Dabei zeigt 5h das Einstellelement 5 und seine Anordnung im Abgasturbolader in schematisch vereinfachter Darstellung. Die 5i bis 5k zeigen die konstruierte Gestaltung. Gemäß den 5 h bis 5 k ist das Einstellelement 5 linearbeweglich zwischen den beiden Fluten 1, 2 angeordnet. Der Aufnahmeraum für das Einstellelement 5 ist mit einem Deckel 5f verschlossen. Hierzu weist das Gehäuse, in dem auch die beiden Fluten 1, 2 ausgebildet sind, einen Gehäuseflansch 5h auf. An diesen Gehäuseflansch 5h ist der Deckel 5f befestigt, insbesondere angeschraubt.
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Das Einstellelement 5 ragt durch den Deckel 5f hindurch nach außen, sodass es von außen betätigbar ist. Innerhalb des Deckels 5f ist das Einstellelement 5 über eine Buchse 5g linearbeweglich gelagert.
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Die Bypassleitung 6 ist ebenfalls in dem Gehäuse ausgebildet, in dem sich auch die beiden Fluten 1, 2 befinden. Insbesondere die 5k zeigt die Anordnung der Bypassleitung 6 im Gehäuse.
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5j zeigt das Einstellelement 5 im Detail. Das Einstellelement 5 umfasst den Separierungsabschnitt 5 b. Der Separierungsabschnitt 5b befindet sich zwischen den beiden Fluten 1, 2. An dem Separierungsabschnitt 5b ist der Fortsatz 5e ausgebildet. Dieser Fortsatz 5e steckt im geschlossenen Zustand und bei einer leichten Öffnung des Einstellelementes 5 in einer entsprechenden Nut. Die Nut begrenzt den Querschnitt zwischen den beiden Fluten 1, 2.
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Des Weiteren umfasst das Einstellelement 5 den Verschlussabschnitt 5a. Der Verschlussabschnitt 5a weist eine Verschlussfläche 5i, hier ausgebildet als zylindrische Fläche, auf. Die Verschlussfläche 5i verschließt die Bypassdurchtrittsöffnung 4 zur Bypassleitung 6 vollständig.
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Die Verschlussfläche 5i des Verschlussabschnitts 5a geht über in zwei Nasen 5j. Die beiden Nasen 5j sind auf gegenüberliegenden Seiten des Einstellelementes 5 angeordnet. Jeweils eine Nase 5j ragt in eine der Fluten 1, 2. Die Nasen 5 j können auch als gewölbte Flächen bezeichnet werden.
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Sobald die Verschlussfläche 5i aus der Bypassdurchtrittsöffnung 4 heraus bewegt wird, bestimmt der Freiraum zwischen der Bypassdurchtrittsöffnung 4 und der jeweiligen Nase 5 j den Öffnungsquerschnitt aus den beiden Fluten 1, 2 in die Bypassleitung 6.
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Jede der Nasen 5j umfasst eine konvexe Fläche 51. Die Verschlussfläche 5i geht in die beiden konvexen Flächen 51 über.
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Durch die entsprechende Ausgestaltung der Nasen 5j und durch die Ausgestaltung des Fortsatzes 5e lässt sich die Charakteristik des Einstellelementes 5, also der Öffnungsquerschnitt zur Bypassleitung 6 und der Öffnungsquerschnitt zwischen den beiden Fluten 1, 2 in Abhängigkeit der Stellung des Einstellelementes 5, gestalten.
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Im Rahmen des ersten Ausführungsbeispiels ist somit bevorzugt vorgesehen, dass das Einstellelement 5, in allen hier beschriebenen Varianten, zumindest eine Nase 5j mit gewölbter Fläche umfasst. Vorzugsweise ist pro Flut 1, 2 eine Nase 5j auf dem Einstellelement 5 ausgebildet. Der Abstand zwischen der jeweiligen Nase 5j und der Bypassdurchtrittsöffnung 4 definiert den Querschnitt aus den Fluten 1, 2 in die Bypassleitung 6. In vorteilhafter Ausgestaltung weist die zumindest eine Nase 5j eine konvexe Fläche 51 auf.
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6 zeigt einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Abgasturboladers nach der Erfindung. Als Einstelleinrichtung weist der Abgasturbolader eine Einstelltrommel 8 auf, die als Bypassventileinrichtung 107 und gleichzeitig als Flutenverbindungseinrichtung 108 ausgebildet ist. Die Einstelltrommel 8 ist nahe einem Aufnahmeraum 9 für das Turbinenrad des Abgasturboladers angeordnet. Die Einstelltrommel 8 ist derart angeordnet, dass der Abgasstrom sie vor dem Eintritt in den Aufnahmeraum 9 zumindest teilweise durchtreten muss. Die Einstelltrommel 8 weist einen Zuführraum 8a auf, in den Abgas aus den Fluten eintreten kann und aus dem Abgas dem Turbinenrad zugeleitet werden kann. Der Zuführraum 8a ist im Inneren der Einstelltrommel 8 angeordnet. Außerdem weist die Einstelltrommel 8 einen Bypassraum 8b auf, welcher ebenfalls im Inneren der Einstelltrommel 8 angeordnet ist. Der Zuführraum 8a und der Bypassraum 8b sind durch eine Trommeltrennwand 8c voneinander getrennt.
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In den Bypassraum 8b eintretendes Abgas tritt in diesen radial ein. In dem Bypassraum 8b wird der eintretende Abgasstrom umgelenkt, sodass er axial aus dem Ende der Einstelltrommel 8, an dem der Bypassraum 8b angeordnet ist, austritt. Dabei wird der austretende Abgasstrom in eine Bypassleitung 6 geleitet. Die Zuleitung zu dem Bypassraum 8b erfolgt aus den Fluten 1, 2. Die Trommeltrennwand 8c kann auf der Seite des Bypassraums 8b so ausgebildet sein, dass ihre Form die Umlenkung des radial eintretenden Abgasstroms in Axialrichtung begünstigt. Insbesondere werden Toträume vermieden, in denen sich Abgaswirbel bilden können. Die Einstelltrommel 8 kann am Übergang der Volute der Turbine zum Turbinenrad angeordnet sein.
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7 zeigt eine Draufsicht auf eine Abwicklung eines Teils der Einstelltrommel 8, welcher den Bypassraum 8b umgibt. Die Außenwand 10 der Einstelltrommel 8 ist von der Bypassdurchtrittsöffnung 4 durchbrochen. Durch Verdrehen der Einstelltrommel 8 kann diese Bypassdurchtrittsöffnung 4 mit einer entsprechenden Öffnung in den Fluten 1, 2 zumindest teilweise in Fluchtung gebracht werden, sodass Abgas aus den Fluten 1, 2 in den Bypassraum 8b eintreten kann, welcher von dem dargestellten abgewickelten Teil der Einstelltrommel 8 umgeben ist. Die Einstelltrommel 8 kann so verdreht werden, dass die Bypassdurchtrittsöffnung 4 vollständig verschlossen, teilweise verschlossen oder vollständig geöffnet ist.
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Weiter weist die Einstelltrommel 8 an ihrem Außenumfang einen Trommelseparierungsabschnitt 11 auf, welcher zwischen die zwei Fluten 1, 2 gebracht werden kann, um diese in unterschiedlichem Ausmaß zu separieren. Zur Einstellung des Ausmaßes der Separierung kann die Einstelltrommel 8 gedreht werden. Eine Drehung der Einstelltrommel 8 entspricht einer Bewegung des Trommelseparierungsabschnitts 11 zum Beispiel in Bezug auf die Trennwand 3 zwischen den Fluten 1, 2.
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8 zeigt in einer Seitenansicht den abgewickelten Abschnitt der Einstelltrommel 8, der auch in 7 gezeigt ist. In 8 ist gut zu erkennen, dass der Trommelseparierungsabschnitt 11 der Außenwand 10 absteht.
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9 zeigt einen Querschnitt durch eine Variante der Einstelltrommel 8, wieder ausgebildet als Bypassventileinrichtung 107 und Flutenverbindungseinrichtung 108. Die Einstelltrommel 8 umfasst die Trommeltrennwand 8c, welche Abgas, das ins Innere der Einstelltrommel 8 eindringt, strömungsgünstig in Richtung der Bypassleitung 6 umlenkt. Die Einstelltrommel 8 trägt einen Trommelseparierungsabschnitt 11, welcher in der in 9 gezeigten Schließstellung die Fluten 1, 2 voneinander trennt. Die Bypassventileinrichtung 107 ist nicht explizit dargestellt; jedoch beruht diese auf Bypassdurchtrittsöffnungen 4 (siehe 10) in der Einstelltrommel 8, welche mit Öffnungen in den Fluten 1, 2 in Fluchtung gebracht werden können, sodass sie von Abgas in einem einstellbaren Ausmaß durchströmt werden können. Dieses Abgas kann in den Bypassraum 8b gelangen und kann zur Bypassleitung 6 weitergeleitet werden. Abgas, welches nicht in die Einstelltrommel 8 eintritt, wird durch nicht dargestellte Kanäle zum Turbinenrad weitergeleitet. In der in 9 gezeigten Schließstellung strömt jedoch kein Abgas durch die Einstelltrommel 8.
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10 zeigt die Darstellung aus 9 mit dem Unterschied, dass die Bypassventileinrichtung 107 in der gezeigten Stellung der Einstelltrommel 8 geöffnet ist, sodass Abgas durch die Bypassdurchtrittsöffnungen 4 in den Bypasskanal 6 gelangen kann. Der Trommelseparierungsabschnitt 11 steht wie auch in der 9 mit seinem Abschnitt 11a in Verbindung mit Material zwischen den Fluten 1, 2, sodass eine Flutentrennung gegeben ist.
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11 zeigt die Einstelltrommel 8 in einer Stellung, in der die Bypassventileinrichtung 107 wie in 10 geöffnet ist, und außerdem eine Flutenverbindung stattfindet. Zwischen dem Material, das die Fluten 1, 2 voneinander trennt und der in diesem Zustand wirksamen Oberkante 1 1b des Trommelseparierungsabschnitts 11 ist ein Durchtritt zwischen den Fluten 1, 2 freigegeben. Die Oberkante 11b verläuft schrägt zur Tangentialrichtung der Einstelltrommel 8, sodass ein Verdrehen der Einstelltrommel 8 bewirkt, dass die Höhe des Trommelseparierungsabschnitts 11 an der Flutenverbindungsöffnung 5d unterschiedlich hoch erscheint und sie in einstellbarem Ausmaß verschließt. Dabei wird die Einstelltrommel 8 um ihre Mittelachse M verdreht.
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In der 12 ist der Querschnitt aus der 11 gezeigt, wobei jedoch die Einstelltrommel 8 weiter verdreht ist. Die Flutenverbindungsöffnung 5d wirkt maximal flutenverbindend. Zugleich bewirkt ein Teil der Bypassdurchtrittsöffnung 4, der nicht von dem Trommelseparierungsabschnitt 11 überdeckt ist, dass Abgas in die Bypassleitung 6 fließt. Diese Situation ist in der 7 gut zu erkennen, in der dargestellt ist, dass sich der Trommelseparierungsabschnitt 11 von rechts aus nur bis etwas über die Hälfte der Länge der Flutenverbindungsöffnung 5d in horizontaler Richtung der 7 erstreckt. Der in 7 links davon gezeigte Teil der Bypassdurchtrittsöffnung 4 ist nicht von dem Trommelseparierungsabschnitt 11 überdeckt und bewirkt somit, wenn er eingestellt ist, dass der Trommelseparierungsabschnitt 11 die Flutenverbindungsöffnung 5d vollständig freigibt. Außerdem bewirkt er einen maximalen Durchtrittsquerschnitt für Abgas in die Bypassleitung 6. Diese Einstellung ist in 12 dargestellt.
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13 zeigt die Abwicklung einer Variante der Einstelltrommel 8. Am Außenumfang der Einstelltrommel 8 befinden sich drei Durchtrittsöffnungen für Abgas, nämlich die Bypassdurchtrittsöffnung 4, welche wie in den 7 bis 12 den Trommelseparierungsabschnitt 11 aufweist, sowie je eine Düsenöffnung 12 bzw. 13 für die erste bzw. die zweite Flut 1, 2. Beim Aufwickeln der dargestellten Abwicklung zur Einstelltrommel 8 wird diese um eine Achse gewickelt, welche in 13 in horizontaler Richtung verläuft. Die zu den Düsenöffnungen 12 und 13 gehörigen Durchlässe durch die Fluten 1, 2 bzw. zu dem Turbinenrad sind so angeordnet, dass ein Verdrehen der Einstelltrommel 8 eine Veränderung der Größe der Düsen bewirkt. Auf diese Weise kann das A/R-Verhältnis des Turboladers verändert werden. Dabei bleibt der Radius des Turbinenrades bestehen, jedoch wird der Zuführungsquerschnitt von Abgas verändert. Dadurch kann die Charakteristik des Turboladers verändert werden. Eine solche Einstellung kann durch die mechanische Kopplung der Flutenverbindungseinrichtung 108 mit der Bypassventileinrichtung 107 für beide Einrichtungen zugleich erfolgen, wobei die Einstellung der Flutenverbindung durch den Trommelseparierungsabschnitt 11 und die Einstellung der Bypassventileinrichtung 107 mittels der Bypassdurchtrittsöffnung 4 bewirkt werden.
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14 zeigt eine Einstelltrommel 14 als Einstellelement einer dritten Ausführungsform des Abgasturboladers. Die Einstelltrommel 14 weist die Grundform eines Rohrs auf. Aus den Fluten 1, 2 wird jeweils an einem Ende der Einstelltrommel 14 Abgas in die Einstelltrommel 14 eingeleitet. Das Abgas wird im Inneren der Einstelltrommel 14 jeweils bis zu einer Flutenverbindungsöffnung 15 bzw. 16 weitergeleitet. Nachdem das Abgas durch die Flutenverbindungsöffnungen 15 bzw. 16 geströmt ist, kann ein Druckausgleich zwischen dem Abgas aus den beiden Fluten 1, 2 stattfinden. Danach wird das Abgas dem Turbinenrad zugeführt.
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Weiter weist die Einstelltrommel 14 für jede der beiden Fluten 1, 2 eine Bypassdurchtrittsöffnung 17 bzw. 18 auf. Die Einstelltrommel 14 ist vorzugsweise symmetrisch um eine Mitte in Längsrichtung der Einstelltrommel 14 aufgebaut. Zwischen den beiden Enden und zwischen den Flutenverbindungsöffnungen 15, 16, die jeweils einer der Fluten 1, 2 zugeordnet sind, ist eine Zwischenwand 19 angeordnet, welche die Fluten 1, 2 innerhalb der Einstelltrommel 14 voneinander separiert. Die beiden Enden der Einstelltrommel 14 sind vorzugsweise als Schnittfläche einer schräg zu einer Längsachse M der Einstelltrommel 14 angeordneten Ebene mit einem rohrförmigen Endabschnitt der Einstelltrommel 14 ausgebildet. Es ergeben sich die Endkanten 20 und 21. Die Endkanten 20 und 21 sind jeweils an einem Ende einer der Fluten 1 bzw. 2 angeordnet, wobei die Fluten1, 2 in ihrem Auslauf zu diesem Ende gekrümmt verlaufen. Auf diese Weise führt ein Verdrehen der Einstelltrommel 14 dazu, dass der vorstehende Teil der Endkante 20 bzw. 21 auf andere Weise in das Ende der Flut 1 bzw. 2 hineinragt. Durch das unterschiedliche Vorstehen der Endkante 20 bzw. 21 wird der Strömungswiderstand am Eintritt in die Einstelltrommel 14 verändert. Auf diese Weise ist es möglich, den Abgasstrom beim Eintritt in die Einstelltrommel 14 zu drosseln und auf diese Weise die Leistung der Turbine zu beeinflussen.
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15 zeigt schematisch dieselbe Ausführungsform des Abgasturboladers wie 14, wobei zusätzlich zu der Einstelltrommel 14 ein Bypasskanal 6 und ein Flutenverbindungskanal 22 dargestellt sind. In Zusammenschau mit 14 wird klar, dass Abgas, das aus den Flutenverbindungsöffnungen 15 und 16 der Einstelltrommel 14 austritt, in den Flutenverbindungskanal 22 eintritt, in dem zwischen den Abgasströmen ein Druckausgleich stattfindet. Über einen nicht dargestellten Kanal kann Abgas von der Einstelltrommel 14 aus zum Turbinenrad gelangen.
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In Zusammenwirkung mit Öffnungen einer Trennwand, welche den Bypassdurchtrittsöffnungen 17 und 18 benachbart ist, kann das Ausmaß des Durchtritts von Abgas in die Bypassleitung 6 durch Verdrehen der Einstelltrommel 14 bewirkt werden. Auf gleiche Weise kann das Ausmaß der Flutenverbindung in Zusammenwirkung mit Öffnungen einer Trennwand, die den Flutenverbindungsöffnungen 15 und 16 der Einstelltrommel 14 benachbart sind, durch Verdrehen der Einstelltrommel 14 eingestellt werden.
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16 zeigt einen Querschnitt durch die Einstelltrommel 14, den Flutenverbindungskanal 22 und den Bypasskanal 6, wobei sich die Einstelltrommel 14 in einer Schließstellung befindet, in der kein Abgas in den Flutenverbindungskanal 22 oder die Bypassleitung 6 fließt.
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17 zeigt den Querschnitt aus 16, wobei jedoch die Einstelltrommel 14 in einer Stellung gezeigt ist, in der die Bypassdurchtrittsöffnung 17 bzw. 18 der Einstelltrommel 14 teilweise geöffnet sind, sodass Abgas aus der Einstelltrommel 14 in den Bypasskanal 6 strömen kann. Der Flutenverbindungskanal 22 ist vom Inneren der Einstelltrommel 14 abgetrennt.
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18 zeigt denselben Querschnitt wie 17, wobei jedoch die Einstelltrommel 14 in eine Stellung gebracht ist, in der die Flutenverbindungsöffnungen 15 bzw. 16 so verdreht sind, dass Abgas in den Flutenverbindungskanal 22 eintreten kann. Die Fluten 1, 2 sind somit miteinander verbunden und es findet eine Stauaufladung statt. Zugleich ist die Bypassventileinrichtung 107, die über die Positionen der Bypassdurchtrittsöffnungen 17 bzw. 18 einstellbar ist, vollständig geöffnet.
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In der 19 ist in einer perspektivischen Ansicht beispielhaft ein Ende der Einstelltrommel 14 mit der Endkante 20 dargestellt. In der dargestellten Variante weist die Einstelltrommel 14 eine Welle 23 auf. Die Welle 23 kann an der Zwischenwand 19 der Einstelltrommel 14 befestigt sein. Vorzugsweise ist an beiden Enden der Einstelltrommel 14 eine Welle 23 angeordnet. Auf diese Weise kann die Einstelltrommel 14 an beiden Enden in Lagern für die jeweiligen Wellen 23 gelagert werden.
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20 zeigt eine perspektivische Darstellung der zwei Fluten 1, 2 des Abgasturboladers in einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Jede der beiden Fluten 1, 2 weist je eine Abgasaustrittsöffnung 24 bzw. 25 und je eine Abgaseintrittsöffnung 26 bzw. 27 auf. Diese sind Durchbrüche durch jeweils eine Außenwand einer der Fluten 1, 2. Vorzugsweise sind die Öffnungen 24, 25, 26, 27 angenährt in Form eines vierblättrigen Kleeblatts angeordnet und ausgestaltet. Die Abgaseintrittsöffnungen 26 und 27 liegen in Strömungsrichtung des Abgases stromabwärts in Bezug auf die Abgasaustrittsöffnungen 24 und 25.
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21 zeigt einen Schnitt durch eine der in 20 gezeigten Fluten 1, 2. Zusätzlich ist ein Einstellelement 28 dargestellt. Das Einstellelement 28 ist als Bypassventileinrichtung 107 und gleichzeitig als Flutenverbindungseinrichtung 108 ausgebildet. Das Einstellelement 28 überdeckt alle vier Öffnungen 24, 25, 26 und 27. An dem den Fluten 1, 2 zugewandten Ende des Einstellelements 28 weist dieses eine Abdeckscheibe 31 auf, welche Aussparungen 32 aufweist, welche durch Verdrehen der Abdeckscheibe 31 in mehr oder weniger großem Ausmaß vor den Öffnungen 24 bis 27 platziert werden können. Dadurch werden die Fluten 1, 2 in unterschiedlichem Ausmaße verbunden.
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Die Abdeckscheibe 31 ist mit einer Bypassventilscheibe 30 verbunden, derart, dass beide gemeinsam gedreht werden können. Die Bypassventilscheibe 30 weist eine nicht dargestellte Ausnehmung auf, welche in Zusammenwirkung mit einem feststehenden Verschließelement 33 einen mehr oder weniger großen Strömungswiderstand für Abgas in Richtung des Bypasskanals 6 darstellt und so als Bypassventileinrichtung 107 wirkt. So kann durch gemeinsames Verdrehen der Abdeckscheibe 31 und der Bypassventilscheibe 30 zugleich das Ausmaß der Flutenverbindung und das Ausmaß der Öffnung des Bypassventils aus der Bypassventilscheibe 30 und dem zugehörigen Verschließelement 33eingestellt werden. Da das Einstellelement 28 einschließlich seiner Einbauten beide Fluten 1, 2 überdeckt, mischt sich das Abgas beider Fluten 1, 2 in einem Überströmraum 29 des Einstellelements 28.
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22 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die Seite der Fluten 1, 2, welche die Öffnungen 24 bis 27 aufweisen. Das Einstellelement 28 ist als Kreis symbolisch dargestellt. Im Inneren des Einstellelements 28 ist die Abdeckscheibe 31 mit näherungsweise der Form eines vierblättrigen Kleeblatts angeordnet. Die blattförmigen Flügel 34, 35, 36, 37 der Abdeckscheibe 31 können jeweils eine der Öffnungen 24, 25, 26 bzw. 27 überdecken. Auf diese Weise ist das Einstellelement 28 in 22 in einer Schließstellung dargestellt, in der kein Abgas aus den Fluten 1, 2 in das Einstellelement 28 austreten kann.
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Die Abdeckscheibe 31 ist um ihre Mitte M herum drehbar gelagert. Zur Einstellung des Ausmaßes der Flutenverbindung und des Ausmaßes des Eintritts von Abgas in das Einstellelement 28 kann die Abdeckscheibe 31 verdreht werden. Zugleich wird, was nicht dargestellt ist, die Bypassventilscheibe 30, die in 21 gezeigt ist, mit der Abdeckscheibe 31 verdreht. Durch eine entsprechende Auslegung des Zeitpunkts und des Ausmaßes der Freigabe einer Bypassdurchtrittsöffnung durch die Bypassventilscheibe 30 kann eingestellt werden, wie sich der Abfluss von Abgas in die Bypassleitung 6 in Bezug auf die Flutenverbindung, welche mittels der Abdeckscheibe 31 einstellbar ist, verhält.
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Alternativ zu der dargestellten Version ist auch eine Version mit Aussparungen in der Abdeckscheibe 31 denkbar, die so angeordnet sind, dass sie die Öffnungen 24 bis 27 im Sinne einer Einstellcharakteristik mit geeigneter Abfolge und geeignetem Ausmaß freigeben und insbesondere nicht, teilweise oder vollständig freigeben.
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23 zeigt dieselbe schematische Draufsicht wie 22, jedoch mit dem Unterschied, dass die Abgaseintrittsöffnungen 26 und 27 teilweise freigegeben sind, während die Abgasaustrittsöffnungen 24 und 25 weiterhin von der Abdeckscheibe 31 überdeckt sind. Auf diese Weise kann Abgas in das Innere des Einstellelements 28 eintreten, durch eine Bypassdurchtrittsöffnung hindurchtreten und das Einstellelement 28 durch die Bypassleitung 6 verlassen. Die Bypassventileinrichtung 107 ist dazu zumindest teilweise geöffnet. Eine Flutenverbindung findet in der in 23 gezeigten Einstellung des Einstellelementes 28 nicht statt.
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24 zeigt dieselbe Draufsicht wie die 22 und 23, jedoch ist die Abdeckscheibe 31 in eine Stellung gebracht, in der sowohl die Abgaseintrittsöffnungen 26 und 27 als auch die Abgasaustrittsöffnungen 24 und 25 freigegeben sind. Auf diese Weise findet eine Flutenverbindung statt, wobei ein Teil des Abgases, das aus den Abgasaustrittsöffnungen 24 und 25 austritt, über die Bypassventileinrichtung 107 und durch die Bypassleitung 6 abgeleitet wird.
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Um die mit den 22 bis 24 verdeutlichte Funktionsweise des Einstellelements 28 zu erreichen, sind die blattförmigen Flügel 34 und 35 der Abdeckscheibe 31 in Umfangsrichtung breiter ausgeführt als die Flügel 36 und 37. Auf diese Weise können die Flügel 34 und 35 die Austrittsöffnungen 24 und 25 über einen größeren Verdrehbereich der Abdeckscheibe 31 überdecken und so ermöglichen, dass wie in 23 gezeigt, ausschließlich ein Eintritt von Abgas in das Einstellelement 28 einstellbar ist, jedoch kein Austritt von Abgas durch die Abgaseintrittsöffnungen 26 und 27. Die Bypassventileinrichtung 107 kann daher geöffnet sein, ohne dass eine Flutenverbindung stattfindet.
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25 zeigt eine schematische Darstellung eines kolbengetriebenen Verbrennungsmotors 100, der in diesem Beispiel als Sechszylindermotor ausgeführt ist, mit einem erfindungsgemäßen Abgasturbolader 101. Der Abgasturbolader 101 weist einen Verdichter 102 auf, welcher Frischgas verdichtet und einem Ansaugtrakt 103 des Verbrennungsmotors 100 zuführt. An der Abgasseite des Verbrennungsmotors 100 sind zwei Krümmer 104a und 104b angeordnet, welche jeweils das Abgas von je drei Zylindern aufnehmen. Das Abgas aus jedem der Krümmer 104a und 104b wird jeweils in eine der Fluten 1 bzw. 2 eingeleitet. Die Fluten 1 bzw. 2 leiten das Abgas zu einer Turbine 105 des Abgasturboladers 101.
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Ein Teil des Abgases kann aus den Fluten 1, 2 entnommen werden und über die Bypassleitung 6 an der Turbine 105 vorbeigeführt werden. Das Ausmaß der Entnahme von Abgas kann über die Bypassventileinrichtung 107 eingestellt werden. Weiter können die Fluten 1, 2 durch die Flutenverbindungseinrichtung 108 miteinander verbunden werden. Die Flutenverbindungseinrichtung 108 kann eingestellt werden, um das Ausmaß festzulegen, in dem die Fluten 1, 2 miteinander verbunden sind.
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Verstelleinrichtungen der Flutenverbindungseinrichtung 108 und der Bypassventileinrichtung 107 sind durch eine Koppeleinrichtung 109 mechanisch miteinander gekoppelt, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Auf diese Weise können die Flutenverbindungseinrichtung 108 und die Bypassventileinrichtung 107 gemeinsam verstellt werden, wozu nur ein einziges Ansteuersignal oder eine einzige Ansteuerbewegung 111 erforderlich ist. Die Flutenverbindungseinrichtung 108 und die Bypassventileinrichtung 107 sind schematisch in einer Einstelleinrichtung 110 zusammengefasst.
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Die hier schematisch dargestellte Einstelleinrichtung 110 steht stellvertretend für das Einstellelement 5, die Einstelltrommel 8, die Einstelltrommel 14 oder das Einstellelement 28 der beschriebenen Ausführungsbeispiele. In den Ausführungsbeispielen, mit Ausnahme von 30, fungiert die Einstelleinrichtung 110 gleichzeitig als Koppeleinrichtung 109, da durch die Bewegung der Einstelleinrichtung 110 gleichzeitig die Bypassventileinrichtung 107 und die Flutenverbindungseinrichtung 108 betätigt werden.
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In dem Ausführungsbeispiel nach 30 wird durch Verdrehen des Ventilkörpers 131 lediglich die Flutenverbindungseinrichtung 108 betätigt. Die Bypassventileinrichtung 107 ist hier durch eine nicht dargestellte herkömmliche Waste-Gate-Klappe realisiert. Die Koppeleinrichtung 109 verbindet auf mechanische Weise den Ventilkörper 131 mit der Waste-Gate-Klappe, sodass durch eine Bewegung der Koppeleinrichtung 109 gleichzeitig beide Elemente, nämlich der Ventilkörper 131 und die Waste-Gate-Klappe bewegt werden.
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Im Folgenden werden anhand der 26 bis 37 verschiedene Ausführungsformen der Erfindung anhand auskonstruierter Beispiele genauer erläutert.
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26 bis 29 zeigen eine fünfte Ausführungsform. 26 zeigt in einem Schnitt die beiden Fluten 1, 2 und die Einstelleinrichtung 110 zwischen den beiden Fluten 1, 2. Diese Einstelleinrichtung 110 vereint hier die Funktionen der Bypassventileinrichtung 107 und der Flutenverbindungseinrichtung 108. 27 zeigt, wie die Einstelleinrichtung 110 in der Trennwand 3 zwischen den beiden Fluten 1, 2, möglichst nahe am Turbinengehäuseeintritt angeordnet ist.
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Die Einstelleinrichtung 110 umfasst hier eine Hülse 130. Die Hülse 130 ist fest in der Trennwand 3 angeordnet. In der Mantelfläche der Hülse 130 befinden sich Öffnungen zu den jeweiligen Fluten 1, 2. Des Weiteren ist die Hülse 130 an ihren Stirnseiten offen. In der Hülse 130 steckt ein axial beweglicher Ventilkörper 131, ausgebildet als Kolben. Der Ventilkörper 131 ist entsprechend den in 26 eingezeichneten Pfeilen in Axialrichtung beweglich.
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Die linke offene Stirnseite der Hülse 130 mündet in die Bypassdurchtrittsöffnung 4 bzw. in die hier nicht dargestellte Bypassleitung 6.
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Drei Paare an Kolbenringen 133 (Dichtungen) ermöglichen zumindest drei unterschiedliche Schaltstellungen: In der in 26 gezeigten Stellung sind die Öffnungen zu den Fluten 1, 2 und die Bypassdurchtrittsöffnung 4 geschlossen. Wird der Ventilkörper 131 nach rechts bewegt überlappt die Verjüngung im Ventilkörper 131 mit den beiden Öffnungen zu den Fluten 1, 2. Wird der Ventilkörper 131 weiter nach rechts bewegt, so sind die Öffnungen zu den Fluten 1, 2 mit der Bypassdurchtrittsöffnung 4 verbunden.
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28 zeigt hierzu eine erste Variante, bei der am linken Ende des Ventilkörpers 131 eine Dichtfase 134 zur Hülse 130 ausgebildet ist. Durch diese Dichtfase 134 kann auf die entsprechenden Kolbenringe 133 verzichtet werden.
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29 zeigt eine zweite Variante. Auch in der zweiten Variante ist die Dichtfase 134 vorgesehen. Des Weiteren weist die Hülse 130 im Bereich der Öffnungen zu den Fluten 1, 2 eine Ausnehmung 132 auf. In Abhängigkeit der Ausgestaltung dieser Ausnehmung 132 kann die Durchflussmenge aus den Fluten 1, 2 zur Bypassdurchtrittsöffnung 4 reguliert werden. Die Ausnehmung 132 kann am Innenumfang der Hülse 130 und/oder am Außenumfang des Ventilkörpers 131 ausgestaltet werden.
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Gemäß der fünften Ausführungsform sieht die Erfindung also bevorzugt vor, dass in der Trennwand 3 zwischen den beiden Fluten 1, 2 eine feste Hülse 130 angeordnet ist. In dieser Hülse 130 ist ein entsprechender Ventilkörper 131 axial beweglich geführt, so dass je nach Stellung des Ventilkörpers 131 die beiden Fluten 1, 2 untereinander und/oder mit der Bypassdurchtrittsöffnung 4 verbunden sind.
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30 bis 32 zeigen eine sechste Ausführungsform. Hier ist insbesondere die Flutenverbindungseinrichtung 108 dargestellt. Die zugehörige Bypassventileinrichtung 107 erfolgt in dieser Ausführungsform über eine herkömmliche Waste-Gate-Klappe (31, 32).
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30 zeigt in einer Explosionsdarstellung den Aufbau der Flutenverbindungseinrichtung 108. 31 und 32 zeigen rein schematisch zwei unterschiedliche Schaltstellungen, wobei hier zu sehen ist, dass die Flutenverbindungseinrichtung 108 zwischen den beiden Fluten 1, 2 in der Trennwand 3 angeordnet ist. In 31 ist die Flutenverbindungseinrichtung 108 geöffnet. In 32 ist die Flutenverbindungseinrichtung 108 geschlossen.
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Wie am besten in 30 zu sehen ist, umfasst hier die Flutenverbindungseinrichtung 108 wiederum eine in der Trennwand 3 angeordnete feste Hülse 130. Auch in dieser Ausführungsform weist die Hülse 130 an der Mantelfläche Öffnungen zu den beiden Fluten 1, 2 auf. In der Hülse 130 steckt ein Ventilkörper 131. Im Gegensatz zur fünften Ausführungsform ist der Ventilkörper 131 in der sechsten Ausführungsform nicht axial beweglich, sondern kann verdreht werden, wie dies mit den Pfeilen in 30 angedeutet ist.
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Der Ventilkörper 131 weist einen Durchbruch auf. Beidseitig des Durchbruchs befinden sich Kolbenringe 133 zur Abdichtung. Je nach Drehstellung des Ventilkörpers 131 in der Hülse 130 überlappt der Durchbruch des Ventilkörper 131 mit den Öffnungen der Hülse 130. Dadurch kann der Austausch zwischen den beiden Fluten 1, 2 reguliert werden.
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Entsprechend der sechsten Ausführungsform ist also bevorzugt vorgesehen eine Hülse 130 in der Trennwand 3 anzuordnen, wobei in der Hülse 130 ein drehbarer Ventilkörper 131 angeordnet ist, der den Volumenaustausch zwischen den beiden Fluten 1, 2 reguliert.
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33 bis 37 zeigen eine siebte Ausführungsform. In der siebten Ausführungsform ist eine Waste-Gate-Klappe 135 derart modifiziert, so dass sie die Funktionen der Bypassventileinrichtung 107 und der Flutenverbindungseinrichtung 108 erfüllt. Die Waste-Gate-Klappe 135 stellt hier die in 25 beschriebene Einstelleinrichtung 110 dar.
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33 und 34 zeigen in zwei verschiedenen Ansichten die Waste-Gate-Klappe 135. Diese Waste-Gate-Klappe 135 ist wie üblich über eine Welle 136 mit einem Hebel 137 verbunden. Über den Hebel 137 verschwenkt ein entsprechender Aktor die Welle 136, so dass sich die Waste-Gate-Klappe 135 öffnen und schließen lässt. Gemäß 33 sind an der Waste-Gate-Klappe 135 zwei Bypasskanäle 141 zusammengeführt. Jeweils ein Bypasskanal 141 ist mit einer Flut 1, 2 stets verbunden.
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Die Waste-Gate-Klappe 135 umfasst neben ihrem Klappenteller, der zur Bypassleitung 6 hin schließt, den Ventilkörper 131. Dieser Ventilkörper 131 ist fest mit dem Klappenteller verbunden und öffnet sich somit mit der Waste-Gate-Klappe 135. Im geschlossenen Zustand verschließt die Waste-Gate-Klappe 135 die beiden Bypasskanäle 141 gegenüber der Bypassleitung 6. Gleichzeitig trennt der Ventilkörper 131 die beiden Bypasskanäle 141 voneinander, so dass auch kein Austausch zwischen den beiden Fluten 1, 2 möglich ist.
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Die genaue Ausbildung der Waste-Gate-Klappe 135 zeigt 35. Dabei ist gut zu erkennen, dass der Ventilkörper 131 vorteilhafterweise an seiner dem Klappenteller zugewandten Seite eine zylindrische Mantelfläche 138 aufweist. Diese zylindrische Mantelfläche 138 geht über in eine kegelförmige Mantelfläche 139. Am Kegelstumpf des Ventilkörpers 131 ist hier bevorzugt eine Nut 140 vorgesehen. Im geschlossenen Zustand greift ein Steg zwischen den beiden Bypasskanälen 141 in diese Nut 140, wie dies beispielsweise 33 zeigt.
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Insbesondere die Ausbildung der Höhe der zylindrischen Mantelfläche 138 ermöglicht eine entsprechende Regulierung der Durchflussmenge in die Bypassleitung 6. Wenn beispielsweise die zylindrische Mantelfläche 138 relativ hoch ausgebildet ist, kann die Waste-Gate-Klappe 135 entsprechend weit geöffnet werden, wobei dann möglichst lange die Öffnung zur Bypassleitung 6 verschlossen bleibt und aufgrund der kegelförmigen Mantelfläche 139 ein Austausch zwischen den beiden Fluten 1, 2 möglich ist.
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In 35 ist der Ventilkörper 131 asymmetrisch (nicht rotationssymmetrisch) ausgebildet. So ist die der Welle 136 zugewandte Seite der kegelförmigen Mantelfläche 139 steiler als die gegenüberliegende Seite. Diese Asymmetrie wird hier bevorzugt angewandt, da die Waste-Gate-Klappe 135 über die exzentrisch liegende Welle 136 verschwenkt wird.
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Allerdings zeigen die Varianten in den 36 und 37 auch, dass der Ventilkörper 131 symmetrisch ausgebildet werden kann. Dadurch vereinfacht sich die Herstellbarkeit.
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Die Variante in 37 zeigt, dass am Kegelstumpf des Ventilkörpers 131 nicht zwangsläufig eine Nut 140 ausgebildet sein muss.
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Bevorzugt ist also entsprechend der siebten Ausführungsform vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Einstelleinrichtung 110 eine Waste-Gate-Klappe 135 mit Ventilkörper 131 umfasst, wobei der Ventilkörper 131 eine zylindrische Mantelfläche 138 und/oder eine kegelförmige Mantelfläche 139 umfasst um so als Bypassventileinrichtung 107 und gleichzeitig als Flutenverbindungseinrichtung 108 zu fungieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flut
- 2
- Flut
- 3
- Trennwand
- 4
- Bypassdurchtrittsöffnung
- 5
- Einstellelement der ersten Ausführungsform; allgemein als Einstelleinrichtung bezeichnet
- 5a
- Verschlussabschnitt
- 5b
- Separierungsabschnitt
- 5c
- Führungsabschnitt
- 5d
- Flutenverbindungsöffnung
- 5e
- Fortsatz
- 5f
- Deckel
- 5g
- Buchse
- 5h
- Gehäuseflansch
- 5i
- Verschlussfläche
- 5j
- Nase
- 51
- konvexe Fläche
- 6
- Bypassleitung
- 7
- Drehachse
- 8
- Einstelltrommel als Einstellelement der zweiten Ausführungsform; allgemein als Einstelleinrichtung bezeichnet
- 8a
- Zuführraum
- 8b
- Bypassraum
- 8c
- Trommeltrennwand
- 9
- Aufnahmeraum für ein Turbinenrad
- 10
- Außenwand der Einstelltrommel 8
- 11
- Trommelseparierungsabschnitt
- 11a
- Abschnitt
- 11b
- Oberkante
- 12
- Düsenöffnung
- 13
- Düsenöffnung
- 14
- Einstelltrommel als Einstellelement der dritten Ausführungsform; allgemein als Einstelleinrichtung bezeichnet
- 15
- Flutenverbindungsöffnung
- 16
- Flutenverbindungsöffnung
- 17
- Bypassdurchtrittsöffnung
- 18
- Bypassdurchtrittsöffnung
- 19
- Zwischenwand
- 20
- Endkante
- 21
- Endkante
- 22
- Flutenverbindungskanal
- 23
- Welle
- 24
- Abgasaustrittsöffnung
- 25
- Abgasaustrittsöffnung
- 26
- Abgaseintrittsöffnung
- 27
- Abgaseintrittsöffnung
- 28
- Einstellelement der vierten Ausführungsform; allgemein als Einstelleinrichtung bezeichnet
- 29
- Überströmraum
- 30
- Bypassventilscheibe
- 31
- Abdeckscheibe
- 32
- Aussparungen
- 33
- Verschließelement
- 34
- Flügel
- 35
- Flügel
- 36
- Flügel
- 37
- Flügel
- 38
- Führungsaussparung
- 100
- Verbrennungsmotor
- 101
- Abgasturbolader
- 102
- Verdichter
- 103
- Ansaugtrakt
- 104a
- Krümmer
- 104b
- Krümmer
- 105
- Turbine
- 107
- Bypassventileinrichtung
- 108
- Flutenverbindungseinrichtung
- 109
- Mechanische Koppeleinrichtung
- 110
- Einstelleinrichtung
- 111
- Ansteuerbewegung
- 130
- Hülse
- 131
- Ventilkörper
- 132
- Ausnehmung
- 133
- Kolbenringe
- 134
- Dichtfase
- 135
- Waste-Gate-Klappe; allgemein als Einstelleinrichtung bezeichnet
- 136
- Welle
- 137
- Hebel
- 138
- zylindrische Mantelfläche
- 139
- kegelförmige Mantelfläche
- 140
- Nut
- 141
- Bypasskanal
- M
- Mittelachse
