DE1601687B1

DE1601687B1 - Abgasturbolader fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1601687B1
Application number: DE1967W0043574
Authority: DE
Inventors: Woollenweber Jun Willia Edward
Original assignee: Wallace Murray Corp
Current assignee: Wallace Murray Corp
Priority date: 1966-04-08
Filing date: 1967-03-16
Publication date: 1970-04-30
Also published as: BR6787200D0; FR1512915A; GB1128432A; GB1128431A; US3408046A; SE323552B

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasturbolader für In einer zweckmäßigen Weiterentwicklung der Er-

Brennkraftmaschinen. mit einer von zwei Abgasströ- findung ist vorgesehen, daß die beiden Einlaßkanäle

men gespeisten Zentripetalturbine, in deren Gehäuse liis zu ihrer Einmündung.in den Spiralkanal einen in

zwei nebeneinanderliegende, geradlinig verlaufende, Strömungsrichtung konvergierenden Querschnitt auf-

etwa tangential zum Turbinenradumfang ausgerich- 5 weisen. Durch dieses an sich bekannte Merkmal wird

tete Einlaßkanäle angeordnet sind. eine Vorbeschleunigung der Arbeitsgase erreicht.

Abgasturbolader mit zwei getrennt zugeführten Eine andere zweckmäßige Ausgestaltung der Er-

Abgasströmen werden verwendet, um auch bei nied- findung besteht darin, daß hinter der Einmündung

riger Drehzahl der Brennkraftmaschine eine ausrei- der zwei Einlaßkanäle in den Spiralkanal eine Zunge

chende Aufladung zu erreichen. Es ist (aus der io das Laufrad im Bereich des Übergangs abdeckt,

schweizerischen Patentschrift 355 653 und der fran- Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß an der

zösischen Patentschrift ί 395 438) bekannt, aufeinan- . Stelle der Vereinigung der beiden getrennt eingeführ-

derfolgend am Umfangder Zentripetalturbine je· etwa - ten Abgasströme ein relativ niedriger statischer Druck

über 180° gehende, nach innen offene Spiralkanäle herrscht, dessen Vorteile weiter unten im einzelnen

zu verwenden, die von getrennten Abgasleitungen 15 erläutert werden.

gespeist sind. Dabei ist es im einzelnen bekannt, die im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis

Zuführungenzu den Spiralkanälen nebeneinanderzu- auf die Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel

legen oder um 180° versetzt am Umfang anzuordnen. erläutert.

Weiter ist es (aus*; der britischen Patentschrift Fig. 1 ist ein Seitenriß eines erfindungsgemäßen 925 984) bekannt, aus zwei nebeneinanderliegenden ao Turboladers in teilweise abgebroehener Darstellung, Gaszuführungen zwei koaxial nebeneinanderliegende um den Turbinenteil sichtbar zu machen;
Spiralkanäle zu speisen, welche die Zentripetalturbine F ig. 2 ist ein Grundriß des Einlaßflansches und über je 360° umgeben. Diese letztere bekannte An- zeigt die Einlaßöffnungen des Aufbaus nach Fig. 1; Ordnung ist strömungstechnisch der eingangs be- Fig.3 ist eine Ansieht der Konstruktion nach schriebenen bekannten Anordnung nach Büchi 25 Fig. 1 gesehen von der rechten Seite in Fig. 1;
überlegen, hat aber einen praktischen Nachteil: Die Fig. 3A ist ein. Querschnitt entlang der Linie Scheidewand zwischen, den beiden Spiralkanälen muß 3^4-3^4 in Fig. 3; .
ziemlich kräftig ausgebildet werden, um zu vermei- Fig, 4 ist ein Querschnitt durch das Turbinenden, daß sie unter den unvermeidbaren thermischen gehäuse entlang der Linie 4-4 in Fig. 3;
und Vibrationsbelastungen bricht. Auch wenn man 30 Fig. 5 ist ein Querschnitt ähnlich dem in Fig. 4, diese Scheidewand innerhalb vernünftiger Grenzen entlang der Linie 5-5 in Fig. 3;.
relativ dick, d.h. mechanisch widerstandsfähig aus- Fig. 6 zeigt graphisch die Änderungen des stati.-bildet, ist die Standzeit solcher Abgasturbolader un- sehen Drucks entlang des spiraligen Leitungsteils des befriedigend. Die Scheidewand muß zumindest relativ Turbinengehäuses und den Unterschied im statischen häufig inspiziert werden, um beginnende Brüche fest- 35 Druck bei Turbinengehäusen mit und ohne verlänzustellen. gerteZunge.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen Abgasturbolader, Abgasturbolader zu schaffen, der strömungstechnisch umfassend ein Gehäuse 10, das mittels einem Klemmdie Vorteile des bekannten Turboladers mit über rings 11 an einem Zwischerigußstüclc und Lager-360° gehenden Spiralkanälen hat, der weiter den 40 gehäuse 12 angebaut ist. Das Lagergehäuse12 ist an durch getrennte Abgaszuführung erzielbaren Vorteil einem Kompressorgehäuse 13 befestigt, das mit einem einer ausreichenden Aufladung auch bei geringer Einlaß 14 und einem Auslaß 16 ausgestattet ist.
Drehzahl aufweist und der eine möglichst lange Der nicht zur Erfindung gehörende Kompressorteil Standzeit hat, wozu die Vermeidung der Bruchanf äl- des Turboladers ist in der Zeichnung nicht im einzelligkeit des. bekannten,, Turboladers mit Scheidewand 45 nen dargestellt,
gehört. — " ■■■· Wie insbesondere aus Fig. 1 zu ersehen ist, um-

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe ausgehend faßt das Turbinengehäuse 10 einen an sich bekannvon einem Abgasturbolader der eingangs definierten ten, beschaufelten Turbinenläufer 17; zwei der Schau-Gattung und besteht darin, daß die beiden Einlaß- fehl sind bei 17 a angedeutet. Der Turbinenläufer känäie in einen an sich bekannten einzigen, das Tür- 50 sitzt auf einer Welle 18, die sich durch das Lagerbinenrad über etwa 360° umschlingenden und zu gehäuse 12 erstreckt und auch den nicht dargestelldiesem geöffneten, in Strömungsrichtung enger wer- ten Kompressorläufer trägt. Eine auf dem Teil 12 α denden Spiralkanal einmünden. ^l . des Gußstücks montierte Platte 19 verschließt das

Bei dem Abgasturbolader nach der Erfindung wird offene innere Ende des Turbinengehäuses 10. Der

also die getrennte Zuführung der Treibgase nach dem 55 Teil 12a trägt eine Lagerstütznabe, die mit anderen

bekannt vorteilhaften Büchi-System bewirkt, wäh- Lagerteilen zusammenwirkt und ein geeignetes Lager

rend andererseits nur ein gemeinsamer Spirälkanal für die Welle 18 bildet. Das äußere Ende des Tur-

zur Abgabe der beiden zugeführten Abgasströme an binengehäuses 10 bildet einen Einlaßflansck24 mit

die Zentripetalturbine vorgesehen ist. Die bruch- getrennten Turbineneinlässen 26 und 27 (Fig. 2).

anfällige Zwischenwand oder ein anderes entspre- 60 Der Einlaßflansch 24 hat außerdem Löcher 28, rmt-

chendes Teil fällt fort. Es hat sich gezeigt,; daß der tels welcher er auf dem geteilten Abgasauslaß einer

Gesamtwirkungsgrad des erfindungsgemäßen Abgas- Brennkraftmaschine montiert werden kann, wobei die

turboladers ausgezeichnet ist, wobei ein guter Wir- Abgase gewisser Zylinder der Brennkraftmaschine

kungsgrad,.auc.h,bei niedriger Drehzahl der Brenn- zur Einlaßöffnung 26 und die Abgase anderer ZyHn-

kraftoäschme erreicht wird, Reiter ist das bei eini- 55 der der Brennkraftmaschine zur Einlaßöffnung 27

gen bekannten Abgasturboladern zu beobachtende strömen, wie dies dem Büchi-Prinzip entspricht,

unerwünschte Pulsieren bei niedrigen Drehzahlen Es ist zu bemerken, daß der Turbolader im Auf-

nicht bemerkbar. ladesystem einer Brennkraftmaschine angeordnet ist,

wobei der Turbolader von den Abgasen der Brennkraftmaschine durch deren Expansion in der Turbine angetrieben wird und die Brennkraftmaschine über die Verbindung zwischen dem Kompressorauslaß 16 und dem Einlaß der Brennkraftmaschine auflädt.

Im folgenden werden die Turbinengehäusekanäle, die den erfindungsgemäßen Zug des Aufbaus bilden, im einzelnen näher beschrieben. Unmittelbar stromabwärts der Einlaßöffnung 27 bildet das Gehäuse einen glatten, konvergierenden Einlaßkanal 31 (Fig. 3), welcher sich nach oben erstreckt und in der Ubergangszone 32 in einen Spiralkanal 33 übergeht. Dieser Spiralkanal ist gegen den Umfang des Turbinenläufers 17 offen, wie bei 34 in F i g. 1 und 5 angedeutet ist. Der Spiralkanal 33 erstreckt sich neben dem Umfang des Turbinenläufers und ist im wesentlichen dem ganzen Umfang gegenüber offen. Wie aus F i g. 3 zu ersehen ist, verringert sich die Querschnittfiäche des Spiralkanals 33 entlang seiner Länge, so daß die Gase im wesentlichen ihre Strömungsgeschwindigkeit beibehalten, mit der sie durch die Öffnungszone 34 entlang des Spiralkanals zum f Turbinenläufer strömen.

Die Einlaßöffnung 26 (F i g. 2) führt zu einem Einlaßkanal 41 (Fig. 4) im Turbinengehäuse, der im allgemeinen neben dem Einlaßkanal 31 angeordnet ist und genauso wie dieser einen konvergierenden Verlauf hat. Der Einlaßkanal 41 führt bei 32 (Fig. 3) in den Spiralkanal 33. Die die Einlaßkanäle 31 und 41 trennende Trennwand 40 endet, wie am besten aus Fig. 3 zu ersehen ist, bei 40a. Die Einlaßkanäle31 und 41 kufen daher am Ende der Trennwand 40 bei 40 a zusammen und gehen in den Spiralkanal 33 über. Ein Zungenteil 50 des Turbinengehäuses erstreckt sich über den Endteil 40 a der Trennwand und in die Übergangszone 32. Diese Zunge 50 sperrt daher die Übergangszone gegen den Turbinenläufer und verhindert, daß Gase unmittelbar hinter dem Ende 40 α der Trennwand sofort zum Turbinenläufer strömen, bevor sie weiter in den Spiralkanal 33 eingedrungen sind.

Wenn beim Betrieb die Abgase der Brennkraftmaschine in die Einlasse 26 und 27 einströmen, vergrößert sich die Strömungsgeschwindigkeit dieser Gase infolge der Kovergenz der Einlaßkanäle 31 und 41. Solange das Verhältnis der Gesamtquerschnitte der Kanäle stromabwärts der Trennwand 40 zu den Querschnitten der getrennten Einlaßkanäle 31 und 41 innerhalb eines Bereichs zwischen 1,2 und 2,0 bleibt, zeichnet sich die Turbine durch gute Leistung bei Betrieb mit einer getrennten Büchli-Abgasleitung aus.

Die sich in die Ubergangszone 32 zwischen den Einlaßkanälen 31, 41 und des Spiralkanals 33 erstreckende Zunge 50 ist in F i g. 3 dargestellt. Ia F i g. 6 ist der statische Druck entlang des Spiralkanals 33 in der Ordinate und die Stellung im Spiralkanal 33 in der Abszisse aufgetragen. Die Kurve A zeigt den Verlauf des statischen Drucks entlang der Länge des Spiralkanals für den Aufbau nach F i g. 3, d. h. für ein Turbinengehäuse mit einer sich im Übergangsbereich 32 erstreckenden Zunge 50. Die Kurve B zeigt dieselben Bedingungen in einem Turbinengehäuse mit entsprechend dimensionierten Kanälen 31, 41 und 33 wie bei der Turbine entsprechend der Kurvest, jedoch ohne Zunge50. Wie aus der Kurve B hervorgeht, kommt es beim Eintreten der Gase in die Übergangszone 32 und bei ihrem sofortigen Zuströmen zum Umfang des Turbinenläufers zu einem hohen statischen Druckanstieg.

Die Sachlage bei sich in die Übergangszone 32 erstreckender und den Zutritt der Gase zum Turbinenläufer in dieser Übergangszone verhindernder Zunge 50 wird durch die Kurve A veranschaulicht. Hier ist der statische Druck um den Umfang des Turbinenläufers im wesentlichen konstant bei verhältnismäßig konstanter Gasgeschwindigkeit und niedrigen Schaufelvibrationskräften.

Claims

Patentansprüche:

1. Abgasturbolader für Brennkraftmaschinen mit einer von zwei Abgasströmen gespeisten Zentripetalturbine, in deren Gehäuse zwei nebeneinanderliegende, geradlinig verlaufende, etwa tangential zum Turbinenradumfang ausgerichtete Einlaßkanäle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einlaßkanäle (31, 41) in einen an sich bekannten einzigen, das Turbinenrad über etwa 360° umschlingenden und zu diesem geöffneten, in Strömungsrichtung enger werdenden Spiralkanal (33) einmünden.

2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einlaßkanäle (31, 41) bis zu ihrer Einmündung in den Spiralkanal (33) einen in Strömungsrichtung konvergierenden Querschnitt aufweisen.

3. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Einmündung (32) der zwei Einlaßkanäle (31, 34) in den Spiralkanal (33) eine Zunge (50) das Laufrad im Bereich des Übergangs (32) abdeckt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen