DE19700662A1 - Abgasturboladerturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasturboladerturbine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definier­ ten Art.

Eine Abgasturboladerturbine eines Abgasturboladers dieser Art ist in der DE 29 01 041 C2 beschrieben. Dabei befindet sich im Bereich des Durchflußspaltes des Abgases zum Turbinenlaufrad ein Ringspalt mit ei­ nem nachfolgenden Ringkanal, der mit einer Abgasrück­ führleitung verbunden ist. In der Abgasrückführleitung befindet sich ein Abgasrückführungsventil.

Nachteilig bei dem vorbekannten Abgasturbolader ist, daß die Rückführung des Abgases aus einem Bereich mit einem niedrigeren statischen Druck erfolgt, weshalb der Wirkungsgrad dadurch beeinträchtigt ist.

Aus der Praxis bekannt ist auch die Anordnung eines Abblasventiles in einem der beiden zweiflutigen Kanä­ le. Nachteilig dabei ist jedoch, daß eine unsymmetri­ sche Abblasung erfolgt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Abgasturboladerturbine der eingangs er­ wähnten Art zu schaffen, bei der auf einfache und wirksame Weise eine gleichmäßige Abführung von Abgas bei einem zweiflutigen Abgasturbolader erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäßen Abblasöffnungen befinden sich in einem Bereich relativ hohen Druckes, weshalb bei Öff­ nung des Abführventiles eine gute Abblaswirkung er­ zielt wird. Durch die gewählte Anordnung kann als wei­ terer Vorteil dabei mit einer einzigen Abblasventil­ einrichtung aus beiden Spiralkanälen jeweils die glei­ che Abgasmenge entnommen werden. Auf diese Weise wer­ den Bauteile eingespart und der Wirkungsgrad wird ins­ gesamt damit deutlich besser. Die erfindungsgemäße Abgasturboladerturbine ist damit insbesondere für ei­ nen Serieneinsatz geeignet. Das erfindungsgemäße Ab­ blasventil hat praktisch die Wirkung eines Überdruck­ ventiles, das bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckes öffnet und damit eine Motorschutzfunktion be­ sitzt.

Neben dieser Schutzfunktion für den Motor wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung der Ab­ blasventileinrichtung auch die Bremswirkung in vor­ teilhafter Weise beeinflußt. Dies gilt insbesondere im unteren Motordrehzahlbereich, weil z. B. ein Leitgitter in der Abgasturboladerturbine kleiner ausgelegt werden kann. Durch ein kleineres Leitgitter und/oder einen kleineren Durchflußspalt von den Spiralkanälen zu dem Turbinenlaufrad lassen sich relativ hohe Bremsleistun­ gen bereits im mittleren Motordrehzahlbereich errei­ chen. Wird jedoch die Turbine in diesem Falle bis zur Nenndrehzahl des Bremsbetriebes beaufschlagt, so be­ steht die Gefahr, daß das Verdichterdruckverhältnis auf unzulässig hohe Werte ansteigt und damit der maxi­ mal erlaubte Zylinderinnendruck der Brennkraftmaschine überschritten wird. Durch die erfindungsgemäße Abblas­ ventileinrichtung läßt sich diese Gefahr nun beseiti­ gen, denn bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckes öffnet sich das Abblasventil.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen erge­ ben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfol­ gend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.

In der Zeichnung ist ein Teilaxialschnitt einer Ab­ gasturboladerturbine dargestellt, welche grundsätzlich von bekannter Bauart ist, weshalb nachfolgend nur auf die für die Erfindung wesentlichen Teile näher einge­ gangen wird.

Die Turbine weist ein zweiflutiges Gehäuse 1 mit zwei Spiralkanälen 2 und 3 auf, die jeweils eine nicht dar­ gestellte Zuführungsleitung für Abgas aufweisen. Die beiden Spiralkanäle 2 und 3 sind durch eine von dem Umfangswandbereich der Spiralkanäle 2 und 3 aus radial nach innen ragende Trennwand 4 voneinander getrennt. Die beiden Spiralkanäle 2 und 3 vereinigen sich in einem zu einem Laufrad 5 der Turbine führenden radia­ len Ringraum 6. Die äußere Umfangswand jedes Spiralka­ nales 2 bzw. 3 weist neben der Trennwand 4 eine Ab­ blasöffnung 7 bzw. 8 auf. Über den beiden Abblasöff­ nungen 7 und 8 befindet sich eine Abblasventil­ einrichtung 9 mit einem Abblasventil 10. Das darge­ stellte Abblasventil 10 ist als Tellerventil ausgebil­ det mit einem Federteller 11 als Dichtglied, der bzw. das zusammen mit Ventilsitzen 12 und 13 in der Um­ fangswand die beiden Abblasöffnungen 7 und 8 in Sperr­ stellung verschließt. Dies bedeutet, daß die Quer­ schnitte der Abblasöffnungen 7 und 8 so ausgestaltet sein müssen, daß sie der Schließfläche des Federtel­ lers 11 entsprechen.

Hinter dem Federteller 11 des Abblasventiles 10 befin­ det sich ein Sammelraum 14, von dem aus eine Auslaß­ öffnung 15 zu einem Abblaskanal führt. Der Abblaskanal mündet hinter der Turbine wieder in die Abgasanlage.

Von dem Sammelraum 14 aus ist durch ein Hitzeschild 16 zum Schutz einer Feder 17 ein Federraum 18 abgeteilt. Der Federraum 18 kann Umgebungsdruck besitzen. Ebenso ist es jedoch auch möglich in diesen Raum 18 über eine nicht dargestellte Steuerdrucköffnung einen von dem Umgebungsdruck abweichenden Steuerdruck (Überdruck oder Unterdruck) einzuleiten. Auf diese Weise läßt sich das Abblasventil 10 zusätzlich oder anstelle der Vorspannkraft durch die Feder 17 in Abhängigkeit von dem Steuerdruck betätigen. Das Öffnen und Schließen des Abblasventiles 10 läßt sich über die Auslegungspa­ rameter, wie Federtellerquerschnitt, Federgrößen und Gasdrücke selbsttätig, z. B. auf der Motorbremslinie, durch geeignete Abblasmengen im oberen Motordrehzahl­ bereich regeln.

Neben der positiven Beeinflussung des Bremsverhaltens im oberen Motordrehzahlbereich läßt sich das Abblas­ ventil 10 auch für eine Regelung des Abgasturboladers im Normalbetrieb bei entsprechender Modifikation ver­ wenden. In diesem Falle würde man die Betätigung des Abblasventiles 10 zusätzlich mit dem Ladedruck regeln.

In vorteilhafter Weise sieht man für diesen Zweck je­ doch unter Verwendung der gleichen Ausbildung und An­ ordnung des vorstehend beschriebenen Abblasventiles ein zweites Abblasventil vor. In diesem Falle lassen sich nämlich beide Abblasventile jeweils optimal für den vorgesehenen Zweck auslegen. So ist z. B. ein Hauptmerkmal der Abblasung ihre extrem hohe Empfind­ lichkeit in Bezug auf die Bremsleistung in Abhängig­ keit von dem eingestellten Abblasequerschnitt. Bereits geringfügige Veränderungen, insbesondere Vergrößerun­ gen eines oder mehrerer Abblaseöffnungen beeinflußt die Bremsleistung sehr stark. Im Gegensatz dazu ist die im Normalbetrieb abzuführende Abgasmenge wesent­ lich größer, weshalb für das für den Normalbetrieb vorgesehene Abblasventil deutlich größere Querschnitte bezüglich ihrer Abblasöffnungen besitzen sollte. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß die Quer­ schnittsverhältnisse des für den Motorbremsbetrieb vorgesehenen Abblasventiles um mindestens den Faktor 5 kleiner sein sollen.

Das zweite Abblasventil für den Normalbetrieb, das ebenfalls mindestens je eine Abblasöffnung in jedem Spiralkanal 2 bzw. 3 abdeckt, kann an einer beliebig anderen Stelle in der Gehäuseumfangswand angeordnet sein als das für den Motorbremsbetrieb vorgesehene Abblasventil 10.

Statt einem Abblasventil 10 als Tellerventil wie dar­ gestellt, kann auch ein Nadelventil für den gleichen Zweck verwendet werden (nicht dargestellt). In diesem Falle sind jedoch entsprechende Schrägbohrungen aus den Spiralkanälen 2 und 3 in Form von Zwischenkanälen vorzusehen. An einem Ende der beiden Zwischenkanäle befinden sich die Abblasöffnungen 7 und 8 und am ande­ ren Ende münden die Öffnungen in den Sammelraum 14, wobei diese Öffnung dann von der Nadel des Nadelventi­ les absperrbar ist.

Claims (8)

1. Abgasturboladerturbine für eine Brennkraftmaschine mit einem zweiflutigen Gehäuse, das zwei Spiralka­ näle mit jeweils einer Abgaszuleitung aufweist, wobei zwischen den beiden Spiralkanälen eine Trennwand angeordnet ist, und mit einer Abblasven­ tileinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spiralkanäle (2, 3) in ihrer Umfangswand neben der Trennwand (4) jeweils mindestens eine Abblasöffnung (7, 8) aufweisen, und daß die Abblas­ ventileinrichtung (9) ein Abblasventil (10) auf­ weist, dessen Dichtglied (11) in Sperrstellung die beiden Abblasöffnungen (7, 8) abdeckt.

2. Abgasturboladerturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abblasöffnungen (7, 8) in einen gemein­ samen Sammelraum (14) münden, von dem aus eine Auslaßöffnung (15) zu einem Abblaskanal abzweigt.

3. Abgasturboladerturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (17) in einem Federraum (18) zur Vor­ spannung des Abblasventiles (10) in dem Gehäuse angeordnet ist.

4. Abgasturboladerturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtglied als Federteller (11) ausgebildet ist, das mit Dichtsitzen (12, 13) an den Abblasöff­ nungen (7, 8) zusammenwirkt.

5. Abgasturboladerturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abblasventil (10) als Nadelventil ausgebildet ist, wobei zwischen den Abblasöffnungen (7, 8) und dem Sammelraum (14) Zwischenkanäle angeordnet sind.

6. Abgasturboladerturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Federraum (18) mit einer Steuerdrucköffnung zur Beaufschlagung des Federraumes (18) mit einem Steuerdruck versehen ist.

7. Abgasturboladerturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umfangswand der beiden Spiralkanäle (2, 3) im Bereich der Trennwand (4) ein zweites Abblas­ ventil angeordnet ist, das ebenfalls über Abblas­ öffnungen mit den Spiralkanälen (2, 3) verbunden ist, wobei ein Abblasventil (10) für eine Öffnung im Motorbremsbetrieb und das zweite Abblasventil für Normalbetrieb vorgesehen ist.

8. Abgasturboladerturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abblasventil (10) für Motorbremsbetrieb bezüg­ lich der Querschnittsverhältnisse um ein mehrfa­ ches kleiner ist als das Abblasventil für Normal­ betrieb.