CH277112A - Exhaust gas turbine to drive a charge blower. - Google Patents

Exhaust gas turbine to drive a charge blower.

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CH277112A
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CH
Switzerland
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turbine
exhaust gas
gas turbine
pressure
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German (de)
Inventor
Cie Aktiengesellschaft Boveri
Original Assignee
Bbc Brown Boveri & Cie
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure

Description


   Abgasturbine zum Antrieb eines Ladegebläses. Exhaust gas turbine to drive a charge blower.  Die Abgasturbinen für den direkten An trieb eines Ladegebläses, wie sie für die Auf- ladttng von Brennkraftmotoren verwendet werden, sind üblieherweise als Axialturbinen gebaut, doch ist auch schon die Verwendung von Radialturbinen vorgeschlagen worden, deren Räder von den Abgasen des Motors ent weder von aussen nach innen oder auch von innen nach aussen durchströmt werden kön nen. The exhaust gas turbines for the direct drive of a supercharger, as they are used for the charging of internal combustion engines, are usually built as axial turbines, but the use of radial turbines has also been proposed, the wheels of which from the exhaust gases of the engine either from the outside can be flown through inwards or from the inside to the outside.  



   Es ist ferner bekannt, bei Abgasturbinen einen unterteilten Düsenkranz vorzusehen und die einzelnen Düsengruppen mit verschiede nen Zylindergruppen des aufzuladenden Mo tors in Verbindung zu setzen. It is also known to provide a subdivided nozzle ring in exhaust gas turbines and to connect the individual groups of nozzles to various groups of cylinders of the motor to be charged.  Diese Anord nung gestattet die Spülung eines Zylinders, währenddem ein anderer, auf eine andere Düsengruppe geschalteter Zylinder gerade auspufft. This arrangement allows one cylinder to be flushed while another cylinder switched to a different group of nozzles is exhausting.  



   Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Abgasturbine zum Antrieb eines Lade gebläses, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ihr Düsenkranz in mindestens zwei Düsen gruppen unterteilt ist, die zur Verbindung mit verschiedenen Zylindergruppen des auf zuladenden Motors bestimmt sind, und dass das Turbinenlaufrad radial von innen nach aussen durchströmt wird. The present invention relates to an exhaust gas turbine for driving a charging fan, which is characterized in that its nozzle ring is divided into at least two nozzle groups, which are intended for connection with different cylinder groups of the engine to be charged, and that the turbine wheel radially from the inside to the outside flows through.  



   Die Kombination einer von innen nach aussen durchströmten Radialturbine und eines unterteilten Düsenkranzes ruft eine Wirkung- hervor, die den beiden Elementen allein fehlt. The combination of a radial turbine with a flow from the inside to the outside and a subdivided nozzle ring creates an effect that the two elements alone lack.  Diese Wirkung besteht darin, dass bei sinken der Abgasmenge der Druck, der sich am Lauf radeintritt der von innen nach aussen durch strömten Radialturbine einstellt, stärker sinkt als bei der üblicherweise verwendeten Axial turbine oder gar bei einer von aussen nach innen durchströmten Radialturbine. This effect is that when the amount of exhaust gas decreases, the pressure that is established at the impeller inlet of the radial turbine flowing through from the inside to the outside, drops more sharply than with the commonly used axial turbine or even with a radial turbine with a flow from the outside to the inside.  Mit dem Druck am Laufradeintritt verändert. Changes with the pressure at the impeller inlet.  sich auch der Druck vor den Düsen. the pressure in front of the nozzles.

    Der Lberdruek am Eintritt des Laufrades kann sieh bei abneh mender Abgasmenge sogar in einen L nter- druck verwandeln. The pressure at the impeller inlet can even turn into negative pressure as the amount of exhaust gas decreases.  Bei Verwendung eines unterteilten Düsenkranzes kann somit zeit weise der Druck vor einzelnen Düsengruppen stark gesenkt und sogar eine Saugwirkung er zeugt werden. When using a subdivided nozzle ring, the pressure in front of individual groups of nozzles can thus be reduced significantly at times and even a suction effect can be generated.  Dadurch wird der aufgeladene Motor wirksamer gespült, als dies mit irgend welchen andern, bisher bekannten Mitteln möglich war. This scavenges the supercharged engine more effectively than was possible with any other previously known means.

    Die bessere Spülung bringt mit sich eine grössere Reinheit des Ladegemisches in den Motorzylindern, eine bessere Kühlung der heissen Teile der Zvlinderbrennräume und tiefere Temperaturen vfür die Abgasturbine, welche Faktoren alle zu einer weiteren Stei gerung der Leistung des aufgeladenen Motors beitragen. Better purging results in greater purity of the charge mixture in the engine cylinders, better cooling of the hot parts of the cylinder combustion chambers and lower temperatures for the exhaust gas turbine, all of which contribute to a further increase in the power of the supercharged engine.  



   Es ist vorteilhaft, dem von innen nach aussen durchströmten Turbinenrad noch einen Diffusor nachzuschalten, weil ein solcher die Saugwirkung erhöht und somit vor dem Dü senkranz ein noch tieferer Druck erzielt wer den kann. It is advantageous to connect a diffuser downstream of the turbine wheel, which flows through from the inside to the outside, because such a diffuser increases the suction effect and thus an even lower pressure can be achieved in front of the nozzle wreath.  Die Verwendung einer voll innen nach aussen durchströmten Radialturbine bie- ret den konstruktiven Vorteil, dass sich ein Diffusor am Sehaufelaustritt besonders leicht anordnen lässt. The use of a radial turbine through which the flow is fully inside to the outside offers the structural advantage that a diffuser can be arranged particularly easily at the blade outlet.  Bin solcher Diffusor kann ent weder beschaufelt oder unbeschaufelt sein. Such a diffuser can either be bladed or not bladed.  



   An Hand der Zeichnungen sei die Wir kungsweise eines Ausführungsbeispiels einer Abgasturbine gemäss der Erfindung näher er läutert und der Aufbau eines Turboladers, bestehend aus einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Abgasturbine und einem direkt angetriebenen Ladegebläse, dar gestellt. With reference to the drawings, the manner of an embodiment of an exhaust gas turbine according to the invention will be explained in more detail and the structure of a turbocharger consisting of an embodiment of an exhaust gas turbine according to the invention and a directly driven charge fan is presented.  Fig. 1 zeigt dabei vergleichsweise in Abhängigkeit von der durchströmenden Gas menge den Druekverlauf vor den Düsen einer Axialturbine bzw. einer von innen nach aussen durchströmten Radialturbine. Fig. 1 shows comparatively as a function of the amount of gas flowing through the pressure curve in front of the nozzles of an axial turbine or a radial turbine through which the flow flows from the inside to the outside.  Fig. 2 zeigt in ähnlicher Weise den Druckverlauf vor den Turbinendüsen in Abhängigkeit vom Kurbel winkel der Motorkurbelwelle. Fig. 2 shows in a similar manner the pressure curve in front of the turbine nozzles as a function of the crank angle of the engine crankshaft.

    Fig. 3 stellt einen Axialschnitt durch einen Turbolader mit erfindungsgemässer Turbine dar, und Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Turbine gemäss der Linie IV-IV der Fig. 3. 3 shows an axial section through a turbocharger with a turbine according to the invention, and FIG. 4 shows a section through the turbine according to the line IV-IV of FIG.  



   In Fig. 1 veranschaulicht die Kurve a den Druck p vor den Düsen einer Axialturbine bei sich ändernder Gasmenge G, während die Kurve b denselben Druckverlauf bei Verwen dung einer von innen nach aussen durehström- ten Radialturbine darstellt. In FIG. 1, curve a illustrates the pressure p in front of the nozzles of an axial turbine with a changing gas quantity G, while curve b represents the same pressure curve when using a radial turbine that flows from the inside to the outside.  Bei einer Axial turbine kann der Druck vor Düsen, wenn kein Gas durch die Turbine strömt, nur gerade auf Atmosphärendruek abnehmen, während sich vor den Düsen einer von innen nach aussen durchströmten Radialturbine ein Un terdruck einstellen kann, weil diese Turbine beim Durchfluss keiner und kleinster Gasmen gen als Verdichter wirkt. In an axial turbine, the pressure in front of the nozzles can only just decrease to atmospheric pressure when there is no gas flowing through the turbine, while an underpressure can develop in front of the nozzles of a radial turbine with a flow from the inside to the outside, because this turbine is small and nonexistent Gasmen acts as a compressor.

    Die Spülphase für den aufzuladenden Motorzylinder mag sich beispielsweise über das Gebiet c erstrecken. The flushing phase for the engine cylinder to be charged may extend over area c, for example.     



   Die Fig. 2 zeigt, in Kurve d wiederum für eine Axialturbine und in Kurve e für eine von innen nach aussen durchströmte Radial turbine, die Drücke, die sich vor den Düsen einer Düsengruppe einstellen können, welche abwechslungsweise mit Abgasen aus verschie denen Motorzylindern beaufschlagt wird. Fig. 2 shows, in curve d again for an axial turbine and in curve e for a radial turbine with a flow through from the inside to the outside, the pressures that can be set in front of the nozzles of a nozzle group, which is alternately acted upon with exhaust gases from various engine cylinders .  Im vorliegenden Beispiel ist angenommen, dass die betrachtete Düsengruppe im Verlauf zweier Umdrehungen der Kurbelwelle mit Ab gasen aus drei verschiedenen Zylindern beauf schlagt wird: Über den Abschnitt r erhält die Turbine Abgase aus dem ersten Zylinder, über den Abschnitt s aus dem zweiten und schliesslich über den Abschnitt t aus dem dritten. In the present example it is assumed that the nozzle group under consideration is exposed to exhaust gases from three different cylinders in the course of two revolutions of the crankshaft: the turbine receives exhaust gases from the first cylinder via section r, from the second cylinder via section s and finally over the section t from the third.  Die Spülphasen der verschiedenen Zylinder sind durch u, v und w angedeutet. The rinsing phases of the various cylinders are indicated by u, v and w.  Über einen weiten Bereich der Spülphasen stellt sich, wie Kurve c zeigt, vor den Tur binendüsen jeweilen ein Unterdruck ein. As curve c shows, a negative pressure is established in front of the turbine nozzles over a wide range of the rinsing phases.

    Die dadurch erzielte Saugwirkung verbessert die Spülung der Motorzylinder in der oben dar gelegten Weise. The suction effect achieved thereby improves the flushing of the engine cylinders in the manner set out above.  Der Druck der vom Ladege bläse verdichteten Spül- und Ladeluft ist praktisch konstant, was durch die zur Ab szissenachse parallele Linie f dargestellt wird. The pressure of the purge and charge air compressed by the Ladege blower is practically constant, which is represented by the line f parallel to the axis of the Ab.  



   Ein Turbolader mit einer erfindungsge mässen Turbine kann beispielsweise nach den Fig. 3 und 4 so gebaut sein, dass eine ge meinsame Welle 1 sowohl das Turbinenrad 2 mit den Schaufeln 3 wie auch das Gebläserad 7 mit den Schaufeln 8 trägt. A turbocharger with a turbine according to the invention can, for example, be constructed according to FIGS. 3 and 4 such that a common shaft 1 carries both the turbine wheel 2 with the blades 3 and the fan wheel 7 with the blades 8.  Der Düsenkranz 4 mit den Schaufeln ö ist im vorliegenden Beispiel, gleich wie der Einlassstutzen der Turbine, durch die Seheidewand 11 in zwei Hälften unterteilt, so dass die abweclhslungs- weise von versehiedenen Zvlindern Heranströ menden Abgase bei 14 in die eine und bei 17 in die andere Düsengruppe eintreten kön nen. The nozzle ring 4 with the blades 6 in the present example, like the inlet connection of the turbine, is divided into two halves by the side wall 11 so that the exhaust gases flowing in from different valves at 14 in one and at 17 in the one other nozzle group can enter.  Am Austritt des Turbinenrades ist hier als Beispiel ein seliaufelloser Turbinendiffu- sor 6 gezeigt. At the exit of the turbine wheel, a seliaufellos turbine diffuser 6 is shown here as an example.

    Die Abgase verlassen das Tur binengehäuse 10 durch den Auslassstutzen bei 17. Die vom Gebläse angesaugte Ladeluft tritt bei 12 in dessen \augstutzen ein, durch strömt. The exhaust gases leave the turbine housing 10 through the outlet port at 17. The charge air sucked in by the blower enters the fan port at 12, through which it flows.  nach Verlassen des Laufrades 7, 8 einen Diffusor finit Seliaufeln 9 und gelangt dann in die Druckspirale des Gebläsegehäuses 13, welche es durch einen Druckstutzen bei 16 verlässt. after leaving the impeller 7, 8 a finite diffuser 9 and then reaches the pressure spiral of the fan housing 13, which it leaves through a pressure port at 16. 

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Abgasturbine zum Antrieb eines Ladege bläses, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Dü senkranz in mindestens zwei Düsengruppen unterteilt ist, die zur Verbindung mit ver sehiedenen Zylindergruppen des aufzuladen den Motors bestimmt sind, und dass das Tur binenlaufrad radial von innen nach aussen durchströmt wird. PATENT CLAIM: Exhaust gas turbine for driving a Ladege blower, characterized in that its nozzle ring is divided into at least two nozzle groups, which are intended for connection with various cylinder groups of the engine to be charged, and that the turbine impeller is flowed through radially from the inside to the outside. UNTRRANSPRUCH Abgasturbine gemäss Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass dem Turbinenlauf rad ein Diffusor nachgeschaltet ist. UNTRRECLAIN Exhaust gas turbine according to claim, characterized in that a diffuser is connected downstream of the turbine wheel.
CH277112D 1949-11-05 1949-11-05 Exhaust gas turbine to drive a charge blower. CH277112A (en)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE966394C (en) * 1951-11-18 1957-08-01 Bayerische Motoren Werke Ag Exhaust gas turbocharger for internal combustion engines
DE966975C (en) * 1955-06-22 1957-09-19 Daimler Benz Ag Diffuser for radial exhaust gas turbines
DE1076444B (en) * 1955-06-18 1960-02-25 Alfred J Buechi Gas turbine impeller
DE1143362B (en) * 1957-05-31 1963-02-07 Walter O Galonska Back pressure internal combustion turbine with a combustion chamber wheel which carries combustion chambers and delivers mechanical power
DE102010030516A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Exhaust gas turbocharger for internal combustion engine, has turbine wheel rotatably arranged in bearing housing, compressor housing and turbine housing via drive shaft, where shaft is driven by compressor wheel

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