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HINTERGRUND
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Ein Turbolader ist eine Art Zwangsbeatmungssystem, das bei Verbrennungsmotoren verwendet wird. Turbolader umfassen in der Regel ein Turbinengehäuse, das mit dem Auslasskrümmer des Motors verbunden ist, ein Verdichtergehäuse, das mit dem Einlasskrümmer des Motors verbunden ist, und ein zentral positioniertes Lagergehäuse, das das Turbinen- und das Verdichtergehäuse miteinander koppelt. Ein Turbinenrad in dem Turbinengehäuse wird durch einen von dem Auslasskrümmer zugeführten Abgaszustrom drehangetrieben. Eine in dem Lagergehäuse drehbar gestützte Welle verbindet das Turbinenrad mit einem Verdichterlaufrad in dem Verdichtergehäuse, so dass eine Drehung des Turbinenrads eine Drehung des Verdichterlaufrads bewirkt. Mit der Drehung des Verdichterlaufrads werden der Luftmassendurchsatz, die Luftstromdichte und der Luftdruck erhöht, die den Zylindern des Motors über den Einlasskrümmer des Motors zugeführt werden.
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Turbolader führen einem Motoreinlass verdichtete Luft zu, wodurch gestattet wird, dass mehr Kraftstoff verbrannt wird, wodurch die Motorleistung verstärkt wird, ohne das Gewicht des Motors wesentlich zu erhöhen. Somit gestatten Turbolader den Einsatz kleinerer Motoren, die dieselbe Leistung wie größere selbst saugende Motoren erbringen. Der Einsatz eines kleineren Motors bei einem Fahrzeug hat die wünschenswerte Wirkung der Verringerung der Masse des Fahrzeugs, der Erhöhung der Leistung und der Verbesserung der Kraftstoffökonomie. Darüber hinaus gestattet der Einsatz von Turboladern eine vollständigere Verbrennung des dem Motor zugeführten Kraftstoffs, wodurch unerwünschte Emissionen reduziert werden.
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KURZDARSTELLUNG
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Bei einigen Aspekten umfasst ein Turbolader, der zur Verbindung mit einem Motor konfiguriert ist, einen Turbinenbereich. Der Turbinenbereich umfasst ein Turbinenrad und ein Turbinengehäuse, das das Turbinenrad umgibt und einen Abgaseinlass, einen Abgasauslass, eine erste Turbinenspirale, die zwischen dem Abgaseinlass und dem Turbinenrad angeordnet ist, und eine zweite Turbinenspirale, die zwischen dem Abgaseinlass und dem Turbinenrad angeordnet ist, definiert. Die erste und die zweite Turbinenspirale werden durch eine Trennwand abgetrennt. Der Turbinenbereich umfasst einen Bypassdurchgang, der eine Verbindung zwischen dem Abgaseinlass und dem Abgasauslass gestattet und das Turbinenrad umgeht, ein erstes Ventil, das zum Steuern eines Stroms durch einen ersten Kanal, der mit der zweiten Turbinenspirale in Verbindung steht, konfiguriert ist, ein zweites Ventil, das zum Steuern eines Stroms durch einen zweiten Kanal, der mit dem Bypassdurchgang in Verbindung steht, konfiguriert ist, und einen Ventilschaft, der eine Drehachse umfasst. Der Ventilschaft ist mit sowohl dem ersten Ventil als auch dem zweiten Ventil verbunden und wird durch einen Aktuator dahingehend angetrieben, sich um die Drehachse zu drehen, so dass das erste Ventil und das zweite Ventil jeweils selektiv zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung bewegt werden können und die zeitliche Abfolge des Öffnens des ersten Ventils und des zweiten Ventils wählbar ist.
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Der Turbolader kann eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen: Das erste Ventil öffnet sich zu einem anderen Zeitpunkt als das zweite Ventil. Das erste Ventil und das zweite Ventil sind Drehschieberventile. Der Abgaseinlass umfasst einen Einlassflansch, der eine erste Flanschöffnung und eine zweite Flanschöffnung umfasst, einen ersten Durchgang, der sich zwischen der ersten Flanschöffnung und der ersten Turbinenspirale erstreckt, einen zweiten Durchgang, der sich zwischen der zweiten Flanschöffnung und der zweiten Turbinenspirale erstreckt, und ein Ventilgehäuse, das in dem Abgaseinlass zwischen dem Einlassflansch und der ersten und der zweiten Turbinenspirale angeordnet ist. Das Ventilgehäuse umfasst eine Verbindungskammer, die den ersten Kanal und einen dritten Kanal umfasst, wobei der erste Kanal die Verbindungskammer und den zweiten Durchgang verbindet und der dritte Kanal die Verbindungskammer und den ersten Durchgang verbindet. Das Ventilgehäuse umfasst eine Wastegatekammer, die mit dem Bypassdurchgang in Verbindung steht, wobei die Wastegatekammer den zweiten Kanal und einen vierten Kanal umfasst, wobei der zweite Kanal die Wastegatekammer und den ersten Durchgang verbindet und der vierte Kanal die Wastegatekammer und den zweiten Durchgang verbindet. Das erste Ventil ist dazu konfiguriert, einen Strom durch den ersten Kanal und den dritten Kanal zu steuern, und das zweite Ventil ist dazu konfiguriert, einen Strom durch den zweiten Kanal und den vierten Kanal zu steuern. Die Verbindungskammer und die Wastegatekammer sind auf gegenüberliegenden Seiten des Abgaseseinlasses angeordnet. Wenn sich das erste Ventil in einer geöffneten Stellung befindet, steht der erste Durchgang über die Verbindungskammer mit dem zweiten Durchgang in Verbindung.
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Darüber hinaus kann der Turbolader eines oder mehrere der folgenden zusätzlichen Merkmale umfassen: Der Abgaseinlass umfasst einen Einlassflansch, der eine Flanschöffnung umfasst, einen ersten Durchgang, der sich zwischen der Flanschöffnung und der ersten Turbinenspirale erstreckt, einen zweiten Durchgang, der mit der zweiten Turbinenspirale in Verbindung steht, und ein Ventilgehäuse, das in dem Abgaseinlass zwischen dem Einlassflansch und der ersten und der zweiten Turbinenspirale angeordnet ist. Das Ventilgehäuse umfasst eine Verbindungskammer, die mit dem zweiten Durchgang in Verbindung steht, wobei die Verbindungskammer den ersten Kanal, der die Verbindungskammer und die Flanschöffnung verbindet, umfasst, und eine Wastegatekammer, die mit dem Bypassdurchgang in Verbindung steht, wobei die Wastegatekammer mit der Verbindungskammer über Ventilöffnungen des zweiten Ventils in Verbindung steht. Wenn sich das erste Ventil in einer geöffneten Stellung befindet und sich das zweite Ventil in einer geschlossenen Stellung befindet, steht der zweite Durchgang mit der Flanschöffnung in Verbindung und ein Teil des durch die Flanschöffnung strömenden Gases kann über den zweiten Durchgang zu der zweiten Turbinenspirale strömen. Wenn sich das erste Ventil in einer geöffneten Stellung befindet und sich das zweite Ventil in einer geöffneten Stellung befindet, wird ein Teil des durch die Flanschöffnung strömenden Gases über den ersten Kanal und den zweiten Kanal zu dem Bypassdurchgang umgeleitet. Darüber hinaus wird, wenn sich das erste Ventil und das zweite Ventil in einer geschlossenen Stellung befinden, das gesamte durch die Flanschöffnung strömende Gas zu dem ersten Durchgang geleitet.
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Bei einigen Aspekten umfasst ein Turbolader, der zur Verbindung mit einem Motor konfiguriert ist, einen Turbinenbereich, der ein Turbinenrad und ein Turbinengehäuse, das das Turbinenrad umgibt, umfasst. Das Turbinengehäuse definiert einen Abgaseinlass, einen Abgasauslass, eine erste Turbinenspirale, die zwischen dem Abgaseinlass und dem Turbinenrad angeordnet ist, und eine zweite Turbinenspirale, die zwischen dem Abgaseinlass und dem Turbinenrad angeordnet ist. Die erste und die zweite Turbinenspirale werden durch eine Trennwand abgetrennt. Der Abgaseinlass umfasst einen Einlassflansch, der eine erste Flanschöffnung und eine zweite Flanschöffnung umfasst, einen ersten Durchgang, der sich zwischen der ersten Flanschöffnung und der ersten Turbinenspirale erstreckt, einen zweiten Durchgang, der sich zwischen der zweiten Flanschöffnung und der zweiten Turbinenspirale erstreckt, und ein Ventilgehäuse, das in dem Abgaseinlass zwischen dem Einlassflansch und der ersten und der zweiten Turbinenspirale angeordnet ist. Das Ventilgehäuse umfasst einen und einen zweiten Verbindungskanal, der mit dem zweiten Durchgang in Verbindung steht, und eine Wastegatekammer, die einen ersten Wastegatekanal, der mit dem ersten Durchgang in Verbindung steht, und einen zweiten Wastegatekanal, der mit dem zweiten Durchgang in Verbindung steht, aufweist. Das Ventilgehäuse umfasst ein erstes Ventil, das zum Steuern eines Stroms durch den ersten Verbindungskanal und den zweiten Verbindungskanal konfiguriert ist, ein zweites Ventil, das zum Steuern eines Stroms durch den ersten Wastegatekanal und den zweiten Wastegatekanal konfiguriert ist, und einen Ventilschaft, der eine Drehachse umfasst. Der Ventilschaft ist mit sowohl dem ersten Ventil als auch dem zweiten Ventil verbunden und wird durch einen Aktuator dahingehend angetrieben, sich um die Drehachse zu drehen, so dass das erste Ventil und das zweite Ventil jeweils selektiv zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung bewegt werden können und die zeitliche Abfolge des Öffnens des ersten Ventils und des zweiten Ventils wählbar ist.
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Der Turbolader kann eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen: Die Wastegatekammer umfasst einen dritten Wastegatekanal, der mit dem Abgasauslass in Verbindung steht. Die Verbindungskammer und die Wastegatekammer sind auf gegenüberliegenden Seiten des Abgaseinlasses angeordnet. Wenn sich das erste Ventil in einer geöffneten Stellung befindet, steht der erste Durchgang mit dem zweiten Durchgang über die Verbindungskammer in Verbindung.
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Bei einigen Aspekten umfasst ein Turbolader, der zur Verbindung mit einem Motor konfiguriert ist, einen Turbinenbereich. Der Turbinenbereich umfasst ein Turbinenrad und ein Turbinengehäuse, das das Turbinenrad umgibt. Das Turbinengehäuse definiert einen Abgaseinlass, einen Abgasauslass, eine erste Turbinenspirale, die zwischen dem Abgaseinlass und dem Turbinenrad angeordnet ist, und eine zweite Turbinenspirale, die zwischen dem Abgaseinlass und dem Turbinenrad angeordnet ist. Die erste und die zweite Turbinenspirale werden durch eine Trennwand abgetrennt. Der Abgaseinlass umfasst einen Einlassflansch, der eine Flanschöffnung umfasst, einen ersten Durchgang, der sich zwischen der Flanschöffnung und der ersten Turbinenspirale erstreckt, einen zweiten Durchgang, der mit der zweiten Turbinenspirale in Verbindung steht, und ein Ventilgehäuse, das in dem Abgaseinlass zwischen dem Einlassflansch und der ersten und der zweiten Turbinenspirale angeordnet ist. Das Ventilgehäuse umfasst eine Verbindungskammer, die einen ersten Verbindungskanal, der mit der Flanschöffnung in Verbindung steht, und einen zweiten Verbindungskanal, der mit dem zweiten Durchgang in Verbindung steht, aufweist. Das Ventilgehäuse umfasst eine Wastegatekammer, die einen ersten Wastegatekanal, der mit der Verbindungskammer in Verbindung steht, und einen zweiten Wastegatekanal, der mit dem Abgasauslass in Verbindung steht, aufweist. Das Ventilgehäuse umfasst des Weiteren ein erstes Ventil, das dazu konfiguriert ist, einen Strom durch den ersten Verbindungskanal zu steuern, ein zweites Ventil, das dazu konfiguriert ist, einen Strom durch den ersten Wastegatekanal zu steuern, und einen Ventilschaft, der eine Drehachse umfasst, wobei der Ventilschaft mit sowohl dem ersten Ventil als auch dem zweiten Ventil verbunden ist. Der Ventilschaft wird durch einen Aktuator dahingehend angetrieben, sich um die Drehachse zu drehen, so dass das erste Ventil und das zweite Ventil jeweils selektiv zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung bewegt werden können und die zeitliche Abfolge des Öffnens des ersten Ventils und des zweiten Ventils wählbar ist.
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Der Turbolader kann eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen: Der zweite Verbindungskanal und der zweite Wastegatekanal sind ventillos. Wenn sich das erste Ventil in einer geöffneten Stellung befindet und sich das zweite Ventil in einer geschlossenen Stellung befindet, steht der zweite Durchgang mit der Flanschöffnung in Verbindung und ein Teil des durch die Flanschöffnung strömenden Gases kann über den zweiten Durchgang zu der zweiten Turbinenspirale strömen. Wenn sich das erste Ventil in einer geöffneten Stellung befindet und sich das zweite Ventil in einer geöffneten Stellung befindet, wird ein Teil des durch die Flanschöffnung strömenden Gases über den ersten Verbindungskanal und den zweiten Kanal; und den zweiten Wastegatekanal zu dem Bypassdurchgang umgeleitet. Wenn sich das erste Ventil und das zweite Ventil in einer geschlossenen Stellung befinden, wird das gesamte durch die Flanschöffnung strömende Gas zu dem ersten Durchgang geleitet.
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Bei einigen Aspekten umfasst ein Turbolader, der zur Verbindung mit einem Motor konfiguriert ist, eine Turbinenstufe und eine Verdichterstufe. Die Turbinenstufe umfasst ein Turbinenrad und ein Turbinengehäuse, das das Turbinenrad umgibt. Das Turbinengehäuse definiert eine zweiflutige Spirale, die zwischen einem Abgaseinlass und dem Turbinenrad angeordnet ist, und einen Bypassdurchgang, der eine Verbindung zwischen dem Abgaseinlass und einem Abgasauslass gestattet und das Turbinenrad umgeht. Die Turbinenstufe umfasst ferner eine Ventilanordnung, die in dem Abgaseinlass angeordnet ist. Die Ventilanordnung umfasst ein erstes Ventil, das dazu konfiguriert ist, einen Strom durch einen ersten Kanal, der mit einer der Turbinenspiralen in Verbindung steht, zu steuern, und ein zweites Ventil, das dazu konfiguriert ist, einen Strom durch einen zweiten Kanal, der mit dem Bypassdurchgang in Verbindung steht, zu steuern. Die Ventilanordnung umfasst einen Ventilschaft, der mit sowohl dem ersten Ventil als auch dem zweiten Ventil verbunden ist, und der Ventilschaft wird durch einen Aktuator derart angetrieben, dass das erste Ventil und das zweite Ventil jeweils selektiv zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung bewegt werden können und die zeitliche Abfolge des Öffnens des ersten Ventils und des zweiten Ventils wählbar ist. Durch diese Konfiguration kann sich das erste Ventil entweder vor oder nach dem zweiten Ventil öffnen, und beide Ventile werden durch einen einzigen Aktuator betrieben.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die Ventilanordnung dazu konfiguriert, zu gestatten, dass die Turbinenstufe zwischen einflutigem Betrieb und zweiflutigem Betrieb wechselt, während gleichzeitig Wastegatefunktionalität bereitgestellt wird, sollte dies erwünscht sein. Insbesondere ist, wenn sich die Ventilanordnung in einer ersten Ventilkonfiguration befindet, eine der Fluten der zweiflutigen Spirale geschlossen und der Turbinenbereich wird als eine einflutige Turbine betrieben. Dies gestattet, dass der Abgasstrom durch eine einzige Spirale geleitet wird, wodurch gestattet wird, dass die Turbinenstufe zur Hälfte ihrer potentiellen Größe funktioniert, wodurch die zur Bereitstellung von Aufladung erforderliche Zeit reduziert wird. Dies ist bei geringen Motordrehzahlen (U/min), geringer Motorlast (MAD – mittlerem Arbeitsdruck) oder reduziertem Zylinderhubraum, beispielsweise aufgrund von deaktivierten Zylindern, wo es relativ wenig Abgasstrom gibt, vorteilhaft. Wenn sich die Ventilanordnung in einer zweiten Ventilkonfiguration befindet, wird Abgasstrom zu beiden Fluten der zweiflutigen Spirale gestattet. Somit ist die zweite Spirale bei höheren Motordrehzahlen geöffnet, um dem mit den höheren Motordrehzahlen in Zusammenhang stehenden erhöhten Abgasdurchsatz Rechnung zu tragen. Wenn sich die Ventilanordnung in einer dritten Ventilkonfiguration befindet, wird Abgasstrom zu beiden Fluten der zweiflutigen Spirale gestattet und ein Teil des Abgasstroms wird zu dem Bypassdurchgang umgeleitet, wodurch eine Überdrehung der rotierenden Anordnung, die das Turbinenrad, das Verdichterrad und die Verbindungswelle umfasst, verhindert wird.
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Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Ventilanordnung dazu konfiguriert, zu gestatten, dass die Turbinenstufe zwischen zweiflutigem Betrieb, doppelflutigem Betrieb und einem zweiflutigen Betrieb mit Wastegateeinsatz wechselt. Insbesondere wird die erste Flute der zweiflutigen Spirale, wenn sich die Ventilanordnung in einer ersten Ventilkonfiguration befindet, daran gehindert, mit der zweiten Flute der zweiflutigen Spirale in Verbindung zu stehen, und der Turbinenbereich wird als eine herkömmliche zweiflutige Spirale betrieben. Bei dieser Konfiguration werden die Verbrennungszylinderabgasimpulse zwischen den Fluten aufgeteilt, wodurch höhere Turbinenwirkungsgrade bei geringen Motordrehzahlen bereitgestellt werden. Wenn sich die Ventilanordnung in einer zweiten Ventilkonfiguration befindet, wird gestattet, dass die erste Flute der zweiflutigen Spirale mit der zweiten Flute der zweiflutigen Spirale in Verbindung steht, was zu einem einflutigen Betrieb geführt. Dies ist bei hohen Motordrehzahlen, bei denen hohe Stoßdrücke in dem Turbinengehäuse erzeugt werden, vorteilhaft. Da die erste Flute und die zweite Flute in Verbindung stehen, kann Gas zwischen den beiden Fluten strömen, wodurch ein Druckabbau in den Fluten gestattet wird. Wenn sich die Ventilanordnung in einer dritten Ventilkonfiguration befindet, wird nicht gestattet, dass die erste Flute der zweiflutigen Spirale mit der zweiten Flute der zweiflutigen Spirale in Verbindung steht, was zu einem doppelflutigen Betrieb führt. Darüber hinaus wird ein Teil des Abgasstroms aus jeder Flute zu dem Bypassdurchgang umgeleitet, wodurch eine Überdrehung der rotierenden Anordnung, die das Turbinenrad, das Verdichterrad und die Verbindungswelle umfasst, verhindert wird.
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Bei beiden beispielhaften Ausführungsformen werden zwei Ventile durch einen gemeinsamen rotierenden Ventilschaft angetrieben und werden somit durch einen einzigen Aktuator angetrieben, was zu reduzierten Herstellungskosten und einer reduzierten Gesamtgröße des Turboladers führt.
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Durchführungsweisen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt wird, erläutert. Die oben erwähnte Aufgabe, andere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der im Folgenden dargestellten detaillierten Beschreibung der Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung eines Abgasturboladers, der eine Ventilanordnung umfasst, die in dem Turbinenbereichabgaseinlass angeordnet ist.
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2 ist eine perspektivische Seitenansicht des die Ventilanordnung von 1 umfassenden Turbinenbereichs.
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3 ist eine perspektivische Endansicht des die Ventilanordnung von 1 umfassenden Turbinenbereichs.
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4 ist eine perspektivische Vorderansicht der Ventilanordnung von 1 von dem Turbinenbereich getrennt.
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5 ist eine perspektivische Rückansicht der Ventilanordnung von 1 von dem Turbinenbereich getrennt.
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6 ist eine perspektivische Vorderansicht der Ventilanordnung von 1 von dem Turbinenbereich getrennt und der Übersichtlichkeit halber ohne die Ventilsitze.
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7 ist eine perspektivische Rückansicht der Ventilanordnung von 1 von dem Turbinenbereich getrennt und der Übersichtlichkeit halber ohne die Ventilsitze.
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8 ist eine Querschnittsansicht des Abgaseinlasses und des Ventilgehäuses der Ventilanordnung von 1.
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9 ist eine weitere Querschnittsansicht des Abgaseinlasses und des Ventilgehäuses der Ventilanordnung von 1.
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10 ist eine schematische Darstellung der relativen Ausrichtungen des Ventilkörpers und des Ventilsitzes für sowohl das erste als auch das zweite Ventil der Ventilanordnung von 1 für verschiedene Ventilschaftdrehausrichtungen.
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11 ist eine Darstellung des Abgasströmungspfads durch den Turbinenbereich (in Durchsicht gezeigt) für eine erste Ausrichtung der Ventilanordnung von 1.
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12 ist eine Darstellung des Abgasströmungspfads durch den Turbinenbereich (in Durchsicht gezeigt) für eine zweite Ausrichtung der Ventilanordnung von 1.
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13 ist eine Darstellung des Abgasströmungspfads durch den Turbinenbereich (in Durchsicht gezeigt) für eine dritte Ausrichtung der Ventilanordnung von 1.
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14 ist eine perspektivische Seitenansicht des Turbinenbereichs, der eine Ventilanordnung einer alternativen Ausführungsform umfasst, und der Übersichtlichkeit halber ohne eine Ventilgehäuseendabdeckung.
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15 ist eine perspektivische Endansicht des Turbinenbereichs, der die Ventilanordnung von 14 umfasst, der Übersichtlichkeit halber ohne eine Ventilgehäuseendabdeckung.
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16 ist eine perspektivische Rückansicht der Ventilanordnung von 14 von dem Turbinenbereich getrennt.
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17 ist eine perspektivische Vorderansicht der Ventilanordnung von 14 von dem Turbinenbereich getrennt.
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18 ist eine perspektivische Rückansicht der Ventilanordnung von 14 von dem Turbinenbereich getrennt und der Übersichtlichkeit halber ohne die Ventilsitze.
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19 ist eine perspektivische Vorderansicht der Ventilanordnung von 14 von dem Turbinenbereich getrennt und der Übersichtlichkeit halber ohne die Ventilsitze.
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20 ist eine Querschnittsansicht des Abgaseinlasses und des Ventilgehäuses der Ventilanordnung von 14.
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21 ist eine weitere Querschnittsansicht des Abgaseinlasses und des Ventilgehäuses der Ventilanordnung von 14, die gewisse in dem Ventilgehäuse ausgebildete Ventilkanäle darstellt.
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22 ist noch eine weitere Querschnittsansicht des Abgaseinlasses und des Ventilgehäuses der Ventilanordnung von 14, die andere in dem Ventilgehäuse ausgebildete Ventilkanäle darstellt.
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23 ist eine schematische Darstellung der relativen Ausrichtungen des Ventilkörpers und des Ventilsitzes für sowohl das erste als auch das zweite Ventil der Ventilanordnung von 14 für verschiedene Ventilschaftdrehausrichtungen.
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24 ist eine Darstellung des Abgasströmungspfads durch den Turbinenbereich (in Durchsicht gezeigt) für eine erste Ausrichtung der Ventilanordnung von 14.
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25 ist eine Darstellung des Abgasströmungspfads durch den Turbinenbereich (in Durchsicht gezeigt) für eine zweite Ausrichtung der Ventilanordnung von 14.
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26 ist eine Darstellung des Abgasströmungspfads durch den Turbinenbereich (in Durchsicht gezeigt) für eine dritte Ausrichtung der Ventilanordnung von 14.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf 1–3 umfasst ein Abgasturbolader 1 einen Verdichterbereich 10, einen Turbinenbereich 20 und ein Lagergehäuse 8, das zwischen dem Verdichterbereich 10 und dem Turbinenbereich 20 angeordnet ist und diese miteinander verbindet. Der Turbinenbereich 20 umfasst ein Turbinengehäuse 22, das einen Abgaseinlass 24, einen Abgasauslass 28 und eine zweiflutige Spirale 26, die in dem Fluidpfad zwischen dem Abgaseinlass 24 und dem Abgasauslass 28 angeordnet ist, definiert. Die zweiflutige Spirale 22 umfasst eine erste Turbinenspirale 26a und eine zweite Turbinenspirale 26b, die durch eine Wand 34 von der ersten Turbinenspirale abgetrennt ist. Ein Turbinenrad 30 ist in dem Turbinengehäuse 22 zwischen der ersten und der zweiten Turbinenspirale 26a, 26b und dem Abgasauslass 28 angeordnet. Der Turbinenbereich 20 umfasst einen Bypassdurchgang 56, der den Abgaseinlass 24 mit dem Abgasauslass 28 unter Umgehung des Turbinenrads 30 verbindet, und eine Ventilanordnung 40, die dazu konfiguriert ist, Abgasstrom durch den Bypassdurchgang 56 zu steuern. Darüber hinaus umfasst das Turbinengehäuse 22 einen ringförmigen Verbindungflansch 32, der zur Verbindung des Turbinenbereichs 20 mit dem Lagergehäuse 8 über Schrauben oder ein V-Band (nicht gezeigt) verwendet wird.
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Eine Turboladerwelle 2 ist mit dem Turbinenrad 30 verbunden, wird in dem Lagergehäuse 8 drehbar gestützt und erstreckt sich in den Verdichterbereich 10. Der Verdichterbereich 10 umfasst ein Verdichtergehäuse 12, das einen Lufteinlass 16, einen Luftauslass 18 und eine Verdichterspirale 19 definiert. Ein Verdichterrad 14 ist in dem Verdichtergehäuse 12 zwischen dem Lufteinlass 16 und der Verdichterspirale 19 angeordnet. Das Verdichterrad 14 ist mit der Turboladerwelle 2 verbunden und wird durch diese angetrieben.
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Im Gebrauch wird das Turbinenrad 30 in dem Turbinengehäuse 22 durch einen von dem Auslasskrümmer eines Motors zugeführten Abgaszustrom drehangetrieben. Da die Turboladerwelle 2 in dem Lagergehäuse 8 drehbar gestützt wird und das Turbinenrad 30 mit dem Verdichterrad 14 in dem Verdichtergehäuse 12 verbindet, bewirkt die Drehung des Turbinenrads 30 eine Drehung des Verdichterrads 14. Mit Drehung des Verdichterrads 14 nehmen der/die den Zylindern des Motors über eine Ausströmung aus dem Verdichterluftauslass 18, der mit dem Lufteinlasskrümmer des Motors verbunden ist, zugeführte Luftmassendurchsatz, Luftmassendichte und Luftdruck zu.
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In dem Turbolader 1 wird die Menge an dem Turbinenrad 30 zugeführtem Abgas über die Ventilanordnung 40 dahingehend gesteuert, sicherzustellen, dass der Verdichterbereich 10 die ordnungsgemäße Aufladung über den gesamten Bereich von Motorbetriebsdrehzahlen hinweg erzeugt, wie im Folgenden weiter erörtert wird. Die Ventilanordnung 40 wird in einem Ventilgehäuse 42 gestützt, dass in dem Abgaseinlass 24 zwischen einem Einlassflansch 25 und der ersten und der zweiten Turbinenspirale 26a, 26b angeordnet ist.
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Mit Bezug auf 4–7 umfasst die Ventilanordnung 40 einen Ventilschaft 44, ein erstes Ventil 60, das an einem Ende 45a des Ventilschafts 44 angeordnet ist, und ein zweites Ventil 80, das auf dem Schaft 44 an einer Stelle, die geringfügig von dem ersten Ventil 60 beabstandet ist, angeordnet ist. Sowohl das erste als auch das zweite Ventil 60, 80 umfasst einen Ventilkörper 61, 81, der sich bezüglich eines Ventilsitzes 71, 91 dahingehend bewegt, das Ventil 60, 80 zu öffnen und zu schließen. Bei dem ersten und dem zweiten Ventil 60, 80 handelt es sich um Drehschieberventile. So wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Begriff Drehschieberventil auf ein Ventil, bei dem der Ventilschaft 44 direkt an dem Ventilkörper 61, 81 fixiert ist und sich in einer senkrecht zu einer zum Ventilsitz weisenden Fläche 62, 82 des Ventilkörpers 61, 81 verlaufenden Richtung erstreckt. Wenn der Ventilschaft 44 um seine Längsachse 46 gedreht wird, dreht sich der Ventilkörper 61, 81 um die Schaftlängsachse 46, so dass der Ventilkörper 61, 81 parallel zum Ventilsitz 71, 91 bleibt und diesbezüglich drehbar gleitet.
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Der erste Ventilkörper 61 und der zweite Ventilkörper 81 ähneln sich darin, dass jeder ein starres, dünnes, scheibenförmiges Glied mit einem kreisförmigen Profil ist (6 und 7). Sowohl der erste als auch der zweite Ventilkörper 61, 81 umfassen eine mittlere Öffnung 64, 84, die den Ventilschaft 44 aufnimmt und daran fixiert ist. Insbesondere sind der erste und der zweite Ventilkörper 61, 81 über die jeweilige mittlere Öffnung 64, 84 beispielsweise über eine Presspassung, Keilwellenpassung oder ein anderes herkömmliches Verbindungsverfahren mit dem Ventilschaft 44 verbunden. Der erste Ventilkörper 61 umfasst zwei Ventilöffnungen 65, 66. Die Ventilöffnungen 65, 66 des ersten Ventilkörpers 61 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Schafts 44 angeordnet und weisen eine Fächerform (z. B. die Form eines kegelstumpfförmigen Sektors) auf. Der zweite Ventilkörper 81 umfasst eine einzige Ventilöffnung 85 mit einer Fächerform. Wenn der erste Ventilkörper 61 und der zweite Ventilkörper 81 mit dem Schaft 44 verbaut sind, ist die Ventilöffnung 85 des zweiten Ventilkörpers in Längsrichtung auf eine der Ventilöffnungen des ersten Ventilkörpers (z. B. die Ventilöffnung 65) ausgerichtet.
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Der erste Ventilsitz 71 und der zweite Ventilsitz 91 ähneln sich darin, dass jeder ein starres, dünnes, scheibenförmiges Glied mit einem kreisförmigen Profil, das einen geringfügig größeren Durchmesser als sein jeweiliger Ventilkörper 61, 81 aufweist, ist (4 und 5). Sowohl der erste als auch der zweite Ventilsitz 71, 91 umfassen eine mittlere Öffnung 74, 94, die den Ventilschaft 44 dort hindurch aufnimmt und eine Relativdrehung zwischen dem Schaft 44 und dem jeweiligen Ventilsitz 71, 91 gestattet. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Buchse oder ein Lager (nicht gezeigt) in der mittleren Öffnung 74, 94 zur Verbesserung der Stützung des Ventilschafts 44 angeordnet sein. Sowohl der erste als auch der zweite Ventilsitz 71, 91 umfassen eine einzige Ventilöffnung 75, 95 mit einer Fächerform. Wenn der erste Ventilsitz 71 und der zweite Ventilsitz 91 mit dem Schaft 44 verbaut sind, ist die Ventilöffnung 95 des zweiten Ventilsitzes in Längsrichtung auf die Ventilöffnung 75 des ersten Ventilsitzes ausgerichtet.
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Der erste Ventilkörper 61 ist derart mit dem Ventilschaft 44 verbunden, dass eine nach außen weisende Fläche 63 in der Nähe des äußeren Endes 45a des Ventilschafts und eine nach innen weisenden Fläche 62 bündig an einer zugewandten Fläche 72 des ersten Ventilsitzes 71 liegen. Somit ist der erste Ventilkörper 61 zwischen dem ersten Ventilsitz 71 und dem äußeren Ende 45a des Ventilschafts angeordnet.
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Gleichermaßen ist der zweite Ventilkörper 81 derart mit dem Ventilschaft 44 verbunden, das eine nach außen weisende Fläche 83 zu dem ersten Ventilsitz 71 weist und davon beabstandet ist und eine nach innen weisende Fläche 82 bündig an einer zugewandten Fläche 92 des zweiten Ventilsitzes 91 liegt. Somit ist der zweite Ventilkörper 81 zwischen dem zweiten Ventilsitz 91 und dem ersten Ventilsitz 71 angeordnet.
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Mit Bezug auf 8 und 9 umfasst der Abgaseinlass 24 bei der dargestellten Ausführungsform einen Einlassflansch 25 mit einer einzigen Einlassöffnung 27 (8). An der Einlassöffnung 27 definiert ein primärer Durchgangsabschnitt 24a des Abgaseinlasses 24 einen einzigen relativ großen Einlassdurchgang. An einer Stelle, die dem ersten Ende 47 des Ventilgehäuses entspricht, verzweigt sich der primäre Durchgangsabschnitt 24a in zwei etwas kleinere sekundäre Durchgangsabschnitte 24b, 24c, die durch eine Erweiterung der Wand 34, die die Turbinenspiralen 26a, 26b abtrennt, getrennt sind. Ein erster sekundärer Durchgangsabschnitt 24b stellt eine Verbindung zwischen dem primären Durchgangsabschnitt 24a, einschließlich der Einlassöffnung 27, und der ersten Turbinenspirale 26a bereit, und ein zweiter sekundärer Durchgangsabschnitt 24c stellt eine Verbindung zwischen dem primären Durchgangsabschnitt 24a, einschließlich der Einlassöffnung 27, und der zweiten Turbinenspirale 26b bereit. Die Ventilanordnung 40 wird bezüglich des Abgaseinlasses 24 über das Ventilgehäuse 42 gestützt. Das Ventilgehäuse 42 weist eine allgemein zylinderförmige Seitenwand 43 auf, die sich zwischen dem geschlossenen ersten Ende 47 des Ventilgehäuses, das sich mit dem Abgaseinlass 24 schneidet und mit diesem integral ist, und einem offenen zweiten Ende 48 des Ventilgehäuses, das dem ersten Ende 47 des Ventilgehäuses gegenüberliegt, erstreckt. Das Ventilgehäuse 42 ist an dem Abgaseinlass 24 derart in einem Winkel angeordnet, dass sich eine Längsmittellinie 39 des Ventilgehäuses 42 in einem spitzen Winkel zu einer Achse, die durch eine Gasströmungsrichtung durch den primären Durchgangsabschnitt 24a definiert wird, befindet.
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Das Ventilgehäuse 42 umfasst drei Kanäle 50, 52, 54 (9). Der erste Kanal 50 ist in dem ersten Ende 47 des Ventilgehäuses angeordnet und gestattet eine Verbindung zwischen dem Ventilgehäuse 42 und dem Abgaseinlass 24. Der erste Kanal 50 mündet in den primären Durchgangsabschnitt 24a des Abgaseinlasses 24 in der Nähe der Durchgangsverzweigung. Der zweite Kanal 52 ist in der Seitenwand 43 des Ventilgehäuses neben dem ersten Ende 47 des Ventilgehäuses angeordnet und gestattet eine Verbindung zwischen dem Ventilgehäuse 42 und dem zweiten sekundären Durchgangsabschnitt 24c und somit auch der zweiten Turbinenspirale 26b. Der dritte Kanal 54 ist in der Seitenwand 43 des Ventilgehäuses neben dem zweiten Ende 48 des Ventilgehäuses angeordnet und gestattet eine Verbindung zwischen dem Ventilgehäuse 42 und dem Bypassdurchgang 56, der sich zwischen dem Ventilgehäuse 42 und dem Abgasauslass 28 erstreckt.
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Die Ventilanordnung 40 ist derart in dem Ventilgehäuse 42 angeordnet, dass die Längsachse 46 des Ventilschafts und die Längsmittellinie 39 des Ventilgehäuses allgemein koaxial sind. Darüber hinaus ist das erste Ventil 60 in dem ersten Ende 47 des Ventilgehäuses dahingehend angeordnet, zwischen dem ersten Kanal 50 und dem zweiten Kanal 52 positioniert zu sein und einen Fluidstrom durch den ersten Kanal 50 zu steuern. Dazu ist der erste Ventilsitz 71 an einer ersten sich umfangsmäßig erstreckenden Schulter 57 des Ventilgehäuses beispielsweise über eine Presspassung oder Verschweißung dahingehend gesichert, eine Dichtung mit dem Ventilgehäuse 42 zu bilden. Der erste Ventilsitz 71 ist derart ausgerichtet, dass die Ventilöffnung 75 des Ventilsitzes den ersten Kanal 50 überlagert und auf diesen ausgerichtet ist.
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Darüber hinaus ist die Ventilanordnung 40 derart in dem Mittelgehäuse 42 angeordnet, dass sich das zweite Ventil 80 zwischen dem zweiten Kanal 52, der mit der zweiten Spirale 26b in Verbindung steht, und dem dritten Kanal 54, der mit dem Bypassdurchgang 56 in Verbindung steht, befindet. Dazu ist der zweite Ventilsitz 91 an einer zweiten sich umfangsmäßig erstreckenden Schulter 55 des Ventilgehäuses beispielsweise über Presspassung oder Verschweißung dahingehend gesichert, eine Dichtung mit dem Ventilgehäuse 42 zu bilden.
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Um eine Verbindung mit dem extern positionierten Aktuator zu gestatten, erstreckt sich der Ventilschaft 44 aus dem Ventilgehäuse 42 heraus durch das offene zweite Ende 48 des Ventilgehäuses. Eine Abdeckung 41 ist dahingehend in das offene zweite Ende 48 geschweißt, eine Dichtung damit zu bilden, und der Ventilschaft 44 wird in der Abdeckung 41 über eine längliche Buchse 49 drehbar gestützt. Die Abdeckung 41 wird an einer Stelle, die von dem zweiten Ventil 80 beabstandet ist, auf dem Ventilschaft 44 gestützt. Darüber hinaus ist die Abdeckung 41 zwischen dem zweiten Ventil 80 und einem Ende 45b des Ventilschafts 44, das zur Verbindung mit dem Aktuator konfiguriert ist, positioniert. Die Abdeckung 41 und die Buchse 49 gestatten eine abgedichtete Drehung des Ventilschafts 44 bezüglich des Ventilgehäuses 42.
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Das erste und das zweite Ventil 60, 80 unterteilen das Ventilgehäuse 42 in eine erste Kammer (z. B. eine Verbindungskammer) 58 und eine zweite Kammer (z. B. eine Wastegatekammer) 59. Die Verbindungskammer 58 wird zwischen dem ersten Ventil 60 und dem zweiten Ventil 80 definiert und umfasst den zweiten Kanal 52, der mit der zweiten Spirale 26b in Verbindung steht. Somit dient die Verbindungskammer 58 in Abhängigkeit von der Stellung des ersten Ventils 60 der Verbindung des Abgaseinlasses 24 mit der zweiten Turbinenspirale 26b. Die Wastegatekammer 59 wird zwischen dem zweiten Ventil 80 und der Abdeckung 41 definiert und umfasst den dritten Kanal 54, der mit dem Bypassdurchgang 56 in Verbindung steht. Somit dient die Wastegatekammer 59 in Abhängigkeit von der Stellung des ersten Ventils 60 und des zweiten Ventils 80 der Verbindung des Abgaseinlasses 24 mit dem Abgasauslass 28 über den Bypassdurchgang 56 unter Umgehung des Turbinenrads 30.
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Mit Bezug auf 10–13 wird der Ventilschaft 44 während des Betriebs der Ventilanordnung 40 dahingehend durch den Aktuator betätigt, sich um seine Längsachse 46 zu drehen. Der geöffnete und/oder geschlossene Zustand des ersten und des zweiten Ventils 60, 80 hängt von der Drehstellung des Ventilschafts 44 ab. Beispielsweise wird der Ventilschaft 44 bei einigen Ausführungsformen zwischen drei Drehstellungen gedreht: 0 Grad; 90 Grad und 270 Grad. Wenn sich der Ventilschaft 44 in einer Ausgangsdrehstellung (z. B. bei einer Drehung von null Grad) befindet, sind das erste Ventil 60 und das zweite Ventil 80 jeweils derart ausgerichtet, dass die Ventilöffnungen 65, 66 des ersten Ventilkörpers 61 nicht auf die Ventilöffnung 75 des ersten Ventilsitzes ausgerichtet sind, wodurch das erste Ventil 60 geschlossen ist, und die Ventilöffnung 85 des zweiten Ventilkörpers nicht auf die Ventilöffnung 95 des zweiten Ventilsitzes ausgerichtet ist, wodurch das zweite Ventil 80 geschlossen ist. Bei dieser Konfiguration wird der gesamte Abgasstrom durch das Turbinengehäuse 22 durch den ersten sekundären Durchgangsabschnitt 24b zu der ersten Turbinenspirale 26a geleitet (11). Diese Winkelstellung des Ventilschafts ist zum Einsatz bei geringem Abgasstrom, wie z. B. bei geringer Motordrehzahl (U/min), geringer Motorlast (MAD) oder reduziertem Zylinderhubraum, beispielsweise aufgrund von deaktivierten Zylindern, vorteilhaft.
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Wenn der Ventilschaft 44 durch den Aktuator in die zweite Drehstellung (die z. B. einer Drehung von 90 Grad von der Null-Grad-Ausrichtung entspricht) bewegt wird, sind das erste Ventil 60 und das zweite Ventil 80 derart ausgerichtet, dass die zweite Ventilöffnung 66 des ersten Ventilkörpers 61 auf die Ventilöffnung 75 des ersten Ventilsitzes ausgerichtet ist, wodurch das erste Ventil 60 geöffnet ist, und die Ventilöffnung 85 des zweiten Ventilkörpers nicht auf die Ventilöffnung 95 des zweiten Ventilsitzes ausgerichtet ist, wodurch das zweite Ventil 80 geschlossen ist. Bei dieser Konfiguration wird ein Teil des Abgasstroms durch das Turbinengehäuse 22 durch den ersten sekundären Durchgangsabschnitt 24b zu der ersten Turbinenspirale 26a geleitet und ein weiterer Teil des Abgasstroms durch das Turbinengehäuse wird in den zweiten sekundären Durchgangsabschnitt 24c zu der zweiten Turbinenspirale 26b über die Verbindungskammer 58 geleitet (12). Diese Winkelstellung des Ventilschafts ist zum Einsatz bei mittelmäßigem Abgasstrom geeignet, und der Strom zur zweiten Turbinenspirale 26b kann durch die Einstellung der Drehstellung des Ventilschafts moduliert werden.
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Wenn der Ventilschaft 44 durch den Aktuator in die dritte Drehstellung (die z. B. einer Drehung von 270 Grad von der Null-Grad-Ausrichtung entspricht) bewegt wird, sind das erste Ventil 60 und das zweite Ventil 80 derart ausgerichtet, dass die erste Ventilöffnung 65 des ersten Ventilkörpers 61 auf die Ventilöffnung 75 des ersten Ventilsitzes ausgerichtet ist wodurch das erste Ventil 60 geöffnet ist, und die Ventilöffnung 85 des zweiten Ventilkörpers auf die Ventilöffnung 95 des zweiten Ventilsitzes ausgerichtet ist, wodurch das zweite Ventil 80 geöffnet ist. Bei dieser Konfiguration wird ein Teil des Abgasstroms durch das Turbinengehäuse 22 durch den ersten sekundären Durchgangsabschnitt 24b zu der ersten Turbinenspirale 26a geleitet, ein weiterer Teil des Abgasstroms durch das Turbinengehäuse wird in den zweiten sekundären Durchgangsabschnitt 24c zu der zweiten Turbinenspirale 26b über die Verbindungskammer 58 geleitet und noch ein weiterer Teil des Abgasstroms durch das Turbinengehäuse 22 wird in den Bypassdurchgang 56 über die Wastegatekammer 59 geleitet (13). Diese Winkelstellung des Ventilschafts ist zum Einsatz bei hohem Abgasstrom geeignet, und der Strom zu der zweiten Turbinenspirale 26b und dem Bypassdurchgang 56 kann durch Einstellung der Drehstellung des Ventilschafts moduliert werden.
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Zum Zwecke der Beschreibung werden oben drei einzelne Stellungen der Ventilkörper 61, 81 bezüglich der Ventilsitze 71, 91 beschrieben, bei denen die beiden Ventile 60, 80 entweder vollständig geschlossen oder vollständig geöffnet sind. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass eine Reihe von Zwischenstellungen erzielt werden kann, bei denen die jeweiligen Ventile 60, 80 teilweise zu einem beliebigen gewünschten Grad geöffnet sind, um eine genau gesteuerte Menge an Abgasstrom durch die Ventile 60, 80 bereitzustellen.
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Durch die Verwendung der Ventilanordnung 40 in dem Turbinenbereich 20 kann die zur Verfügung stehende Spiralengröße (gemessen als A/R) für Turbinenstufenabgasstrom optimiert (beispielsweise verhältnismäßig angepasst) werden. Bei der oben beschriebenen Konfiguration wird hoher Abgasstrom mit größeren Spiralengrößen verknüpft und geringer Abgasstrom wird mit kleineren Spiralengrößen durch Variieren der Turbinenspiralengröße verknüpft, was durch strategisches Leiten von Turbinenabgasstrom zwischen zwei benachbarten Turbinenspiralen 26a, 26b erzielt wird.
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Entsprechend umfasst eine Ausführungsform der Erfindung einen Turbolader (1), der zur Verbindung mit einem Motor konfiguriert ist, wobei der Turbolader (1) Folgendes umfasst:
einen Turbinenbereich (20), der Folgendes umfasst:
ein Turbinenrad (30);
ein Turbinengehäuse (22), das das Turbinenrad (30) umschließt und Folgendes definiert:
einen Abgaseinlass (24),
einen Abgasauslass (28),
eine erste Turbinenspirale (26a), die zwischen dem Abgaseinlass (24) und dem Turbinenrad (30) angeordnet ist,
eine zweite Turbinenspirale (26b), die zwischen dem Abgaseinlass (24) und dem Turbinenrad (30) angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Turbinenspirale (26a, 26b) durch eine Trennwand (34) abgetrennt werden,
wobei der Abgaseinlass (24) Folgendes umfasst:
einen Einlassflansch (25), der eine Flanschöffnung (27) umfasst,
einen ersten Durchgang (24a, 24b), der sich zwischen der Flanschöffnung (27) und der ersten Turbinenspirale (26a) erstreckt,
einen zweiten Durchgang (24a, 24c), der mit der zweiten Turbinenspirale (26b) in Verbindung steht,
ein Ventilgehäuse (42), das in dem Abgaseinlass (24) zwischen dem Einlassflansch (25) und der ersten und der zweiten Turbinenspirale (26a, 26b) angeordnet ist,
wobei das Ventilgehäuse (42) Folgendes umfasst:
eine Verbindungskammer (58) mit einem ersten Verbindungskanal (50), der mit der Flanschöffnung in Verbindung steht, und einem zweiten Verbindungskanal (52), der mit dem zweiten Durchgang (24a, 24c) in Verbindung steht,
eine Wastegatekammer (59) mit einem ersten Wastegatekanal (85, 95), der mit der Verbindungskammer (58) in Verbindung steht, und einem zweiten Wastegatekanal (54), der mit dem Abgasauslass (28) in Verbindung steht,
ein erstes Ventil (60), das dazu konfiguriert ist, einen Strom durch den ersten Verbindungskanal (50) zu steuern;
ein zweites Ventil (80), das dazu konfiguriert ist, einen Strom durch den ersten Wastegatekanal (85, 95) zu steuern;
einen Ventilschaft (44), der eine Drehachse umfasst,
wobei der Ventilschaft (44) mit sowohl dem ersten Ventil (60) als auch dem zweiten Ventil (80) verbunden ist,
wobei der Ventilschaft (44) durch einen Aktuator dahingehend angetrieben wird, sich derart um die Drehachse (46) zu drehen, dass:
das erste Ventil (60) und das zweite Ventil (80) jeweils selektiv zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung bewegt werden können, und die zeitliche Abfolge des Öffnens des ersten Ventils (60) und des zweiten Ventils (80) wählbar ist.
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Da die Ventilanordnung drei Strömungsbedingungen (erster sekundärer Durchgang geöffnet, erster und zweiter sekundärer Durchgang geöffnet, erster und zweiter sekundärer Durchgang und Wastegate geöffnet) steuert, besteht natürlich die Möglichkeit, das Ventil als ein Dreistellungsventil zu konstruieren. Beispielsweise ist der Bogen der Ventilöffnungen in entweder dem ersten Ventilsitz oder dem ersten Ventilkörper dahingehend ausgeweitet, eine durchgängige Öffnung beim Umschalten zwischen der zweiten und der dritten Stellung aufrechtzuerhalten. Wenn sich das Ventil in der 0°-Stellung befindet, sind beide Ventilöffnungen geschlossen und das gesamte Abgas strömt durch den ersten sekundären Durchgang 24b. Wenn das Ventil um 90° gedreht wird, ist das erste Ventil 60 geöffnet und Abgas strömt durch den ersten und den zweiten sekundären Durchgang 24b, 24c. Wenn sich das Ventil in der 180°-Stellung befindet, bleibt das erste Ventil 60 geöffnet, jedoch öffnet sich nun das zweite Ventil 80, so dass Abgas durch den ersten und den zweiten sekundären Durchgang und auch das Wastegate strömt.
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Mit Bezug auf 14–15 wird eine Ventilanordnung 140 einer weiteren Ausführungsform dazu verwendet, die Menge an dem Turbinenbereich 20‘ des Turboladers 1 zugeführtem Abgas dahingehend zu steuern, sicherzustellen, dass der Verdichterbereich 10 die ordnungsgemäße Aufladung über den gesamten Bereich von Motorbetriebsdrehzahlen hinweg erzeugt und ein Umschalten der Turbinenspirale 26 zwischen einer einflutigen Konstruktion und einer zweiflutigen Konstruktion zu gestatten, wie im Folgenden weiter erörtert wird. Die Ventilanordnung 140 ist in einem Ventilgehäuse 142 angeordnet, das in dem Abgaseinlass 24 zwischen dem Einlassflansch 25 und der ersten und der zweiten Turbinenspirale 26a, 26b angeordnet ist.
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Mit Bezug auf 16–19 umfasst die Ventilanordnung 140 einen Ventilschaft 144, ein erstes Ventil 160, das neben einem Ende 145a des Ventilschafts 144 und geringfügig davon beabstandet angeordnet ist, und ein zweites Ventil 180, das auf dem Schaft 144 an einer Stelle, die bezüglich des ersten Ventils 160 beabstandet ist, angeordnet ist. Sowohl das erste als auch das zweite Ventil 160, 180 umfassen einen Ventilkörper 161, 181, der sich bezüglich eines Ventilsitzes 171, 191 dahingehend bewegt, das Ventil 160, 180 zu öffnen und zu schließen. Das erste und das zweite Ventil 160, 180 sind Drehschieberventile, und das erste Ventil 160 weist einen geringfügig größeren Durchmesser als das zweite Ventil 180 auf.
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Der erste Ventilkörper 161 und der zweite Ventilkörper 181 ähneln sich darin, dass jeder ein starres, dünnes, scheibenförmiges Glied mit einem kreisförmigen Profil ist (18 und 19). Sowohl der erste als auch der zweite Ventilkörper 161, 181 umfassen eine mittlere Öffnung 164, 184, die den Ventilschaft 144 aufnimmt und daran fixiert ist. Insbesondere sind der erste und der zweite Ventilkörper 161, 181 über die jeweilige mittlere Öffnung 164, 184 beispielsweise über eine Presspassung, Keilwellenpassung oder ein anderes herkömmliches Verbindungsverfahren mit dem Ventilschaft 144 verbunden. Der erste Ventilkörper 161 umfasst zwei Ventilöffnungen 165, 166. Die Ventilöffnungen 165, 166 des ersten Ventilkörpers 161 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Schafts 144 angeordnet und weisen eine Fächerform auf. Der zweite Ventilkörper 181 umfasst eine zwei Ventilöffnungen 185, 186. Die Ventilöffnungen 185, 186 des zweiten Ventilkörpers 181 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Schafts 144 angeordnet und weisen eine Fächerform auf. Wenn der erste Ventilkörper 161 und der zweite Ventilkörper 181 mit dem Schaft 144 verbaut sind, sind die Ventilöffnungen 185, 186 des zweiten Ventilkörpers 181 nicht in Längsrichtung auf die Ventilöffnungen 165, 166 des ersten Ventilkörpers 161 ausgerichtet und sind stattdessen um 45 Grad versetzt.
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Der erste Ventilsitz 171 und der zweite Ventilsitz 191 ähneln sich darin, dass jeder ein starres, dünnes, scheibenförmiges Glied mit einem kreisförmigen Profil (16 und 17), das einen geringfügig größeren Durchmesser als sein jeweiliger Ventilkörper 161, 181 aufweist, ist. Sowohl der erste als auch der zweite Ventilsitz 171, 191 umfassen eine mittlere Öffnung 174, 194, die den Ventilschaft 144 dort hindurch aufnimmt und eine Relativdrehung zwischen dem Schaft 144 und dem jeweiligen Ventilsitz 171, 191 gestattet. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Buchse oder ein Lager (nicht gezeigt) in der mittleren Öffnung 174, 194 zur Verbesserung der Stützung des Ventilschafts 144 angeordnet sein. Der erste Ventilsitz 171 umfasst zwei Ventilöffnungen 175, 176. Die Ventilöffnungen 175, 176 des ersten Ventilsitzes 171 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Schafts 144 angeordnet und weisen eine Fächerform auf. Der zweite Ventilsitz 191 umfasst zwei Ventilöffnungen 195, 196. Die Ventilöffnungen 195, 196 des zweiten Ventilkörpers 191 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Schafts 144 angeordnet und weisen eine Fächerform auf. Die Ventilöffnungen 195, 196 des zweiten Ventilkörpers 191 sind geringfügig größer (haben z. B. eine größere Umfangsabmessung) als die Ventilöffnungen 175, 176 des ersten Ventilsitzes 171. Wenn der erste Ventilsitz 171 und der zweite Ventilsitz 191 mit dem Schaft 144 verbaut sind, sind die erste Ventilöffnung 175 des ersten Ventilsitzes 171 und die erste Ventilöffnung 195 des zweiten Ventilsitzes 191 in Längsrichtung ausgerichtet und die zweite Ventilöffnung 176 des ersten Ventilsitzes 171 und die zweite Ventilöffnung 195 des zweiten Ventilsitzes 191 sind auch in Längsrichtung ausgerichtet.
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Der erste Ventilkörper 161 ist derart mit dem Ventilschaft 44 verbunden, dass der erste Ventilsitz 171 zwischen dem Ventilkörper 161 und dem äußeren Ende 145a des Schafts angeordnet ist. Gleichermaßen ist der zweite Ventilkörper 181 derart mit dem Ventilschaft 144 verbunden, dass eine nach außen weisende Fläche 183 zu dem ersten Ventilkörper 161 weist und davon beabstandet ist, und eine nach innen weisende Fläche 182 an eine zugewandte Fläche 192 des zweiten Ventilsitzes 191 angrenzt. Somit ist der zweite Ventilkörper 181 zwischen dem zweiten Ventilsitz 191 und dem ersten Ventil 160 angeordnet.
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Mit Bezug auf 14 und 20 umfasst der Abgaseinlass 124 bei der dargestellten Ausführungsform den Einlassflansch 125 mit zwei Einlassöffnungen 127a, 127b (14). Der Abgaseinlass 124 wird durch eine Erweiterung der Wand 34, die die beiden Turbinenspiralen 26a, 26b abtrennt, in zwei Einlassdurchgänge 124a, 124b unterteilt. Der erste Einlassdurchgang 124a stellt eine Verbindung zwischen der ersten Einlassöffnung 127a und der ersten Turbinenspirale 26a her, und der zweite Einlassdurchgang 124b stellt eine Verbindung zwischen der zweiten Einlassöffnung 127b und der zweiten Turbinenspirale 26b her (20). Bei einigen Ausführungsformen ist die erste Turbinenspirale 26a mit einem ersten Satz von Zylindern des Motors (nicht gezeigt) über den ersten Einlassdurchgang 124a verbunden, und die zweite Turbinenspirale 26b ist mit einem zweiten Satz von Zylindern des Motors über den zweiten Einlassdurchgang 124b verbunden, wobei der zweite Satz von Zylindern keine gemeinsamen Zylinder mit dem ersten Satz von Zylindern aufweist.
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Die Ventilanordnung 140 wird bezüglich des Abgaseinlasses 24 über das Ventilgehäuse 142 gestützt. Das Ventilgehäuse 142 weist eine allgemein zylinderförmige Seitenwand 143 auf, die sich zwischen einem offenen ersten Ende 147 des Ventilgehäuses und einem offenen zweiten Ende 148 des Ventilgehäuses, das dem ersten Ende 147 des Ventilgehäuses gegenüberliegt, erstreckt. Das Ventilgehäuse 142 ist an dem Abgaseinlass 124 derart angeordnet, dass eine Längsmittellinie 139 des Ventilgehäuses 142 allgemein quer zu einer durch eine Gasströmungsrichtung durch die beiden Einlassdurchgänge 124a, 124b definierten Achse verläuft. Darüber hinaus verläuft die Längsmittellinie 139 durch die Trennwand 34 ohne Überschneidung zwischen dem ersten und dem zweiten Einlassdurchgang 124a, 124b. Darüber hinaus ist das erste Ende 147 des Ventilgehäuses auf einer Seite des Abgaseinlasses 124 angeordnet und das zweite Ende 148 des Ventilgehäuses ist auf einer gegenüberliegenden Seite des Abgaseinlasses 124 angeordnet.
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Um eine Verbindung mit dem extern positionierten Aktuator zu gestatten, erstreckt sich der Ventilschaft 144 aus dem Ventilgehäuse 142 heraus durch das offene zweite Ende 148 des Ventilgehäuses. Eine Abdeckung 141 ist dahingehend in das offene zweite Ende 148 geschweißt, eine Dichtung damit zu bilden, und der Ventilschaft 144 wird in der Abdeckung 141 über eine längliche Buchse 149 drehbar gestützt. Die Abdeckung 141 wird an einer Stelle, die von dem zweiten Ventil 180 beabstandet ist, auf dem Ventilschaft 144 gestützt, wodurch eine Verbindungskammer 158 zwischen dem zweiten Ventil 180 und der Abdeckung 141 ausgebildet wird. Darüber hinaus ist die Abdeckung 141 zwischen dem zweiten Ventil 180 und einem Ende 145b des Ventilschafts 144, das zur Verbindung mit dem Aktuator konfiguriert ist, positioniert. Die Abdeckung 141 und die Buchse 149 gestatten eine abgedichtete Drehung des Ventilschafts 144 bezüglich des Ventilgehäuses 142.
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Eine zweite Abdeckung 138 ist dahingehend in das offene erste Ende 147 des Ventilgehäuses geschweißt, das erste Ende 147 des Ventilgehäuses zu verschließen und eine Dichtung damit auszubilden. Das äußere Ende 145a des Ventilschafts 144 wird in einer mittleren Vertiefung (nicht gezeigt), die auf einer inneren Fläche der zweiten Abdeckung 138 ausgebildet ist, drehbar gestützt. Die zweite Abdeckung 138 ist von dem Ventilsitz 171 des ersten Ventils 160 beabstandet, wodurch eine Wastegatekammer 159 in dem Ventilgehäuse 142 zwischen dem ersten Ventil 160 und der zweiten Abdeckung 138 ausgebildet wird. Die Wastegatekammer 159 ist auf einer Seite des Abgaseinlasses 124 gegenüber der Verbindungskammer 158 angeordnet.
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Mit Bezug auf 21 und 22 umfasst das Ventilgehäuse 142 fünf Kanäle 151, 152, 153, 154 und 155. Der erste Kanal 151 ist in dem Abgaseinlass 124 angeordnet und gestattet eine Verbindung zwischen der Verbindungskammer 158 des Ventilgehäuses 142 und dem ersten Einlassdurchgang 124a (21). Der zweite Kanal 152 ist in dem Abgaseinlass 124 angeordnet und gestattet eine Verbindung zwischen der Verbindungskammer 158 und dem zweiten Einlassdurchgang 124b (22). Der dritte Kanal 153 ist in dem Abgaseinlass 124 angeordnet und gestattet eine Verbindung zwischen der Wastegatekammer 159 des Ventilgehäuses 142 und dem ersten Einlassdurchgang 124a (22). Der vierte Kanal 154 ist in dem Abgaseinlass 124 angeordnet und gestattet eine Verbindung zwischen der Wastegatekammer 159 und dem zweiten Einlassdurchgang 124b (21). Der fünfte Kanal 155 ist in der Seitenwand 143 des Ventilgehäuses zwischen der zweiten Abdeckung 138 und dem ersten Ventil 160 angeordnet und gestattet eine Verbindung zwischen der Wastegatekammer 159 und dem Abgasauslass 28 über einen Bypassdurchgang 156, der das Turbinenrad 30 umgeht.
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Die Ventilanordnung 140 ist derart in dem Ventilgehäuse 142 angeordnet, dass die Längsachse 146 des Ventilschafts und die Mittellinie 139 des zylinderförmigen Ventilgehäuses 142 allgemein koaxial sind. Darüber hinaus ist das erste Ventil 160 dahingehend in der Wastegatekammer 159 angeordnet, den Fluidstrom durch den dritten und den vierten Kanal 153, 154 zu steuern. Dazu ist der erste Ventilsitz 171 an einer ersten sich umfangsmäßig erstreckenden Schulter 157 des Ventilgehäuses beispielsweise über eine Verschweißung dahingehend gesichert, eine Dichtung mit dem Ventilgehäuse 142 zu bilden. Der erste Ventilsitz 171 ist dahingehend bezüglich der Schulter 157 ausgerichtet, dass die erste Ventilöffnung 175 des ersten Ventilsitzes 171 in Längsrichtung auf den dritten Kanal 153 ausgerichtet ist und die zweite Ventilöffnung 176 des ersten Ventilsitzes 171 in Längsrichtung auf den vierten Kanal 154 ausgerichtet ist.
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Darüber hinaus ist die Ventilanordnung 140 derart in dem Ventilgehäuse 142 angeordnet, dass das zweite Ventil 180 dahingehend in der Verbindungskammer 158 angeordnet ist, den Fluidstrom durch den ersten und den zweiten Kanal 151, 152 zu steuern. Dazu ist der zweite Ventilsitz 191 an einer zweiten sich umfangsmäßig erstreckenden Schulter 167 des Ventilgehäuses beispielsweise über Verschweißung dahingehend gesichert, eine Dichtung mit dem Ventilgehäuse 142 zu bilden. Der zweite Ventilsitz 191 ist bezüglich der zweiten Schulter 167 derart ausgerichtet, dass die erste Ventilöffnung 195 des zweiten Ventilsitzes 191 in Längsrichtung auf den ersten Kanal 151 ausgerichtet ist und die zweite Ventilöffnung 196 des zweiten Ventilsitzes 191 in Längsrichtung auf den zweiten Kanal 152 ausgerichtet ist.
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Die Verbindungskammer 158 wird zwischen dem zweiten Ventil 180, der Seitenwand 143 und der ersten Abdeckung 141 definiert. Obgleich die Verbindungskammer 158 durch den ersten und den zweiten Kanal 151, 152 mit den Einlassdurchgängen 124a, 124b verbunden ist, weist die Verbindungskammer 158 anderweitig keine Kanäle auf. Somit dient die Verbindungskammer 158 in Abhängigkeit von der Stellung des zweiten Ventils 180 der Verbindung des ersten Einlassdurchgangs 124a mit dem zweiten Einlassdurchgang 124b.
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Die Wastegatekammer 159 wird zwischen dem ersten Ventil 160, der Seitenwand 143 und der zweiten Abdeckung 138 definiert und ist über den dritten und den vierten Kanal 153, 154 mit den Einlassdurchgängen 124a, 124b verbunden. Darüber hinaus umfasst die Wastegatekammer 159 den fünften Kanal 155, der mit dem Bypassdurchgang 56 in Verbindung steht. Somit dient die Wastegatekammer 159 in Abhängigkeit von der Stellung des ersten Ventils 160 der Verbindung des Abgaseinlasses 24 mit dem Abgasauslass 28 über den Bypassdurchgang 56 unter Umgehung des Turbinenrads 30.
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Mit Bezug auf 23–26 wird der Ventilschaft 144 während des Betriebs der Ventilanordnung 140 dahingehend durch den Aktuator betätigt, sich um seine Längsachse 146 zu drehen. Der geöffnete und/oder geschlossene Zustand des ersten und des zweiten Ventils 160, 180 hängt von der Drehstellung des Ventilschafts 144 ab. Beispielsweise wird der Ventilschaft 144 bei einigen Ausführungsformen zwischen drei Drehstellungen gedreht: 0 Grad; 45 Grad und 90 Grad. Wenn sich der Ventilschaft 44 in einer Ausgangsdrehstellung (z. B. bei einer Drehung von null Grad) befindet, sind das erste Ventil 160 und das zweite Ventil 180 jeweils derart ausgerichtet, dass die Ventilöffnungen 165, 166 des ersten Ventilkörpers 161 nicht auf die Ventilöffnungen 175, 176 des ersten Ventilsitzes ausgerichtet sind, wodurch das erste Ventil 160 geschlossen ist, und die Ventilöffnungen 185, 186 des zweiten Ventilkörpers nicht auf die Ventilöffnungen 195, 196 des zweiten Ventilsitzes ausgerichtet sind, wodurch das zweite Ventil 180 geschlossen ist. Bei dieser Konfiguration wird der Turboladerturbinenbereich 20 in einem doppelflutigen Modus betrieben, bei dem der gesamte Abgasstrom durch das Turbinengehäuse 22 durch die beiden Einlassöffnungen 127a, 127b zu den beiden Turbinenspiralen 26a, 26b über jeweilige Einlassdurchgänge 124a, 124b geleitet wird (24). Diese Winkelstellung des Ventilschafts ist zum Einsatz bei geringem Abgasstrom, wie z. B. bei geringer Motordrehzahl (U/min), geringer Motorlast (MAD) oder reduziertem Zylinderhubraum, beispielsweise aufgrund von deaktivierten Zylindern, vorteilhaft. Der Betrieb als zweiflutige Turbine ist vorteilhaft, da durch zweiflutige Konstruktionen die Abgasimpulse der Motorzylinder aufgeteilt werden können, wodurch hohe Turbinenwirkungsgrade bei geringen Motordrehzahlen bereitgestellt werden und ein höheres Motordrehmoment im unteren Drehzahlbereich bereitgestellt wird.
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Wenn der Ventilschaft 144 durch den Aktuator in die zweite Drehstellung (die z. B. einer Relativdrehung von 45 Grad von der Null-Grad-Ausrichtung entspricht) bewegt wird, sind das erste Ventil 160 und das zweite Ventil 180 derart ausgerichtet, dass die Ventilöffnungen 165, 166 des ersten Ventilkörpers 161 nicht auf die Ventilöffnungen 175, 176 des ersten Ventilsitzes ausgerichtet sind, wodurch das erste Ventil 160 geschlossen ist, und die Ventilöffnungen 185, 186 des zweiten Ventilkörpers auf die Ventilöffnungen 195, 196 des zweiten Ventilsitzes ausgerichtet sind, wodurch das zweite Ventil 80 geöffnet ist. Bei dieser Konfiguration wird der gesamte Abgasstrom durch das Turbinengehäuse 22 durch die beiden Einlassöffnungen 127a, 127b über die jeweiligen Einlassdurchgänge 124a, 124b zu den beiden Turbinenspiralen 26a, 26b geleitet. Darüber hinaus steht der erste Einlassdurchgang 124a mit dem zweiten Einlassdurchgang 124b über die Verbindungskammer 158 in Verbindung, wodurch der Turboladerturbinenbereich 20 in einem einflutigen Modus betrieben wird (25). Diese Winkelstellung des Ventilschafts ist zum Einsatz bei mittelmäßigem Abgasstrom geeignet. Obgleich einflutige Turbinen nicht die Motorabgasimpulse bei niedrigen Motordrehzahlen aufteilen, stellen einflutige Turbinen vorteilhafterweise einen geringeren Abgasgegendruck bei hohen Motordrehzahlen bereit und stellen eine höhere Motorspitzenleistung bereit.
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Wenn der Ventilschaft 144 durch den Aktuator in die dritte Drehstellung (die z. B. einer Drehung von 90 Grad von der Null-Grad-Ausrichtung entspricht) bewegt wird, sind das erste Ventil 160 und das zweite Ventil 180 derart ausgerichtet, dass die Ventilöffnungen 165, 166 des ersten Ventilkörpers 161 auf die Ventilöffnungen 175, 176 des ersten Ventilsitzes ausgerichtet sind, wodurch das erste Ventil 160 geöffnet ist, und die Ventilöffnungen 185, 186 des zweiten Ventilkörpers nicht auf die Ventilöffnungen 195, 196 des zweiten Ventilsitzes ausgerichtet sind, wodurch das zweite Ventil 180 geschlossen ist. Bei dieser Konfiguration wird der gesamte Abgasstrom durch das Turbinengehäuse 22 durch die beiden Einlassöffnungen 127a, 127b über die jeweiligen Einlassdurchgänge 124a, 124b zu den beiden Spiralen 26a, 26b geleitet. Darüber hinaus stehen der erste Einlassdurchgang 124a und der zweite Einlassdurchgang 124b mit der Wastegatekammer 159 in Verbindung, wodurch der Turboladerturbinenbereich 20 in einem Modus mit Wastegateeinsatz betrieben wird (26). Diese Winkelstellung des Ventilschafts ist zum Einsatz bei sehr hohem Abgasstrom geeignet, um eine überhöhte Drehzahl der Rotorgruppe (z. B. des Turbinenrads 30, des Verdichterrads 14 und der Verbindungswelle 2) zu vermeiden. Der Strom zu dem Bypassdurchgang 156 kann durch Einstellung der Drehstellung des Ventilschafts moduliert werden.
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Zum Zwecke der Beschreibung werden oben drei einzelne Stellungen der Ventilkörper 161, 181 bezüglich der Ventilsitze 171, 191 beschrieben, bei denen die jeweiligen Ventile 160, 180 entweder vollständig geschlossen oder vollständig geöffnet sind. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass eine Reihe von Zwischenstellungen erzielt werden können, bei denen die jeweiligen Ventile 160, 180 teilweise zu einem beliebigen gewünschten Grad geöffnet sind, um eine genau gesteuerte Menge an Abgasstrom durch die Ventile 160, 180 bereitzustellen.
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Die Ventilanordnungen 40, 140 gestatten, dass eine einzige Turboladerturbine 20, 20‘ sowohl als eine einflutige Turbine als auch eine einflutige Turbine arbeiten kann, wodurch der Turbolader bei allen Motordrehzahlen effizient betrieben werden kann.
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Darüber hinaus umfassen die Ventilanordnungen 40, 140 zwei Drehschieberventile, die zur unabhängigen Steuerung der Ventilsequenz drehausgerichtet werden können. Beispielsweise kann sich das erste Ventil (d.h. das Wastegateventil 160) in Abhängigkeit von der Konfiguration der Ventilöffnungen in den jeweiligen Ventilsitzen und Ventilkörpern entweder vor oder nach dem zweiten Ventil (d.h. dem Verbindungsventil 180) öffnen. Darüber hinaus können beide Ventile 160, 180 durch einen einzigen Aktuator und aufgrund der Drehschieberart mit sehr geringem Drehmoment betrieben werden.
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Es wird in Betracht gezogen, dass durch strategische Wahl der Anzahl, Größe, Form und Verteilung der Ventilöffnungen 65, 66, 75, 84, 85, 95, 165, 166, 175, 176, 185, 186, 195, 196 der beiden Ventile 60, 160, 80, 180 der Abgasstrom durch das Turbinengehäuse in verschiedenen Kombinationen aus einflutigem Abgasstrommodus, doppelflutigem Abgasstrommodus und/oder Abgasstrommodus mit Wastegateeinsatz reguliert werden kann, wobei dafür gesorgt werden kann, dass die Modi nacheinander oder parallel und in verschiedenen Ausmaßen in Abhängigkeit von den Anforderungen der speziellen Anwendung auftreten.
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Bei den dargestellten Ausführungsformen ist die Ventilanordnung 40, 140 mit einem einzigen Aktuator verbunden und wird durch diesen betätigt. Der Aktuator kann durch den durch den Turbolader erzeugten Aufladungsdruck, eine Turboladersteuerung oder ein Motorsteuergerät, das den Aktuator zur Bewegung des Schafts verwendet, gesteuert werden. Die Turboladersteuerung oder das Motorsteuergerät können zahlreiche Motorbetriebsparameter messen und die für die Motorbedingungen erforderliche Aufladung berechnen, und die Ventilanordnung kann dahingehend gesteuert werden, zu gestatten, dass der Turbolader die erforderliche Aufladung bereitstellt. Die Steuerung des Aktuators durch den Aufladungsdruck ist weniger zufriedenstellend, da dabei nicht gestattet wird, dass verschiedene Faktoren bei der Steuerung der Ventilanordnung berücksichtigt werden.
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Bei den dargestellten Ausführungsformen ist der Aktuator nicht umkehrbar und die Ventile 60, 80, 160, 180 können durch eine Betätigung in einer einzigen Drehrichtung des Aktuatorschafts 44, 144 geöffnet und dann geschlossen (oder geschlossen und dann geöffnet) werden. Darüber hinaus ist der Aktuator nicht darauf beschränkt, nicht umkehrbar zu sein. Beispielsweise kann der Aktuator bei einigen Ausführungsformen zu Umkehrdrehrichtungen in der Lage sein, wodurch die zeitliche Abfolge des Öffnens der Ventile umgekehrt werden kann.
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Bei den dargestellten Ausführungsformen umfasst die Ventilanordnung 40, 140 zwei Ventile 160, 180, die durch eine gemeinsame Betätigungsstange (z. B. den Ventilschaft) 44, 144 betätigt werden. Beide Ventile 160, 180 sind Drehschieberventile. Jedoch ist die Ventilanordnung 40, 140 nicht auf den Einsatz von Drehschieberventilen beschränkt. Beispielsweise kann eines der Ventile bei einigen Ausführungsformen ein Drehschieberventil sein und das andere Ventil kann ein Klappenventil sein, bei dem sich der Ventilschaft in einer parallel zum Klappenventilkörper verlaufenden Richtung erstreckt und mit dem Klappenventilkörper durch einen Arm, der sich senkrecht zum Ventilschaft erstreckt, starr verbunden ist. Wenn der Ventilschaft 44, 144 gedreht wird, dreht sich der Klappenventilkörper um die Schaftachse, so dass der Klappenventilkörper aus dem Klappenventilsitz gehoben wird und diesbezüglich abgewinkelt ist.
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Die Größe und Flutenabmessungen der zweiflutigen Spirale 26 des Turbinenbereichs werden basierend auf den Anforderungen einer speziellen Anwendung bestimmt.
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Bei einigen Ausführungsformen weisen die erste Turbinenspirale 26a und die zweite Turbinenspirale 26b ein im Wesentlichen gleiches A/R-Verhältnis auf. Bei weiteren Ausführungsformen weist die erste Turbinenspirale 26a ein größeres A/R-Verhältnis als die zweite Turbinenspirale 26b auf.
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Obgleich der Ventilkörper 61, 81, 161, 181 und der Ventilsitz 71, 91, 171, 191 gemäß der vorliegenden Beschreibung eine kreisförmige Umfangsform aufweisen, sind der Ventilkörper 61, 81, 161, 181 und der Ventilsitz 71, 91, 171, 191 nicht auf diese Umfangsform beschränkt. Die Form des Ventilsitzes 71, 91, 171, 191 entspricht wahrscheinlich der Form des Ventilgehäuses 42, 142, und es kann dafür gesorgt werden, dass die Form des Ventilkörpers 61, 81, 161, 181 mit einer polygonalen Form oder einer unregelmäßig gekrümmten Form zusammenpasst oder alternativ dazu diese aufweist.
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Obgleich die Ventilkörperöffnungen 65, 66, 85 und die Ventilsitzöffnungen 75, 95 gemäß der vorliegenden Beschreibung eine Fächerform (z. B. die Form eines kegelstumpfförmigen Sektors) aufweisen, sind sie nicht auf diese Form beschränkt. Bei einigen Ausführungsformen sind die Öffnungen dahingehend geformt, die Steuerung des Fluidstroms dort hindurch zu maximieren. Bei einigen Ausführungsformen weisen die Öffnungen andere gleichmäßig gekrümmte Formen, wie z. B. kreisförmig oder dreieckig, auf. Bei einigen Ausführungsformen weisen die Öffnungen ungleichmäßig gekrümmte Formen (z. B. bohnenförmig, abgestumpft fächerförmig, sichelförmig usw.) auf. Bei einigen Ausführungsformen unterscheidet bzw. unterscheiden sich die Form und/oder Größe der Ventilkörperöffnungen von der Form und/oder Größe der Ventilsitzöffnungen.
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Es sind oben ausgewählte veranschaulichende Ausführungsformen recht ausführlich beschrieben worden. Es versteht sich, dass hier lediglich zur Verdeutlichung der veranschaulichenden Ausführungsformen als notwendig erachtete Strukturen beschrieben worden sind. Es wird davon ausgegangen, dass andere herkömmliche Strukturen und jene von Neben- und Hilfskomponenten des Systems einem Fachmann bekannt sind und von ihm verstanden werden. Darüber hinaus sind die erfinderischen Konzepte, obgleich vorstehend ein Arbeitsbeispiel beschrieben worden ist, nicht auf die vorstehend beschriebenen Arbeitsbeispiele beschränkt, sondern es können verschiedene Konstruktionsänderungen vorgenommen werden, ohne von der vorliegenden Erfindung, wie sie in den folgenden Ansprüchen dargelegt wird, abzuweichen.
