DE19700662B4 - Abgasturboladerturbine - Google Patents

Abstract

Abgasturboladerturbine für eine Brennkraftmaschine mit einem zweiflutigen Gehäuse, das zwei Spiralkanäle mit jeweils einer Abgaszuleitung aufweist, wobei zwischen den beiden Spiralkanälen eine Trennwand angeordnet ist, und mit einer Abblasventileinrichtung, wobei die beiden Spiralkanäle in ihrer Umfangswand neben der Trennwand jeweils mindestens eine Abblasöffnung aufweisen und wobei die Abblasventileinrichtung ein Abblasventil aufweist, dessen Dichtglied in Sperrstellung die beiden Abblasöffnungen abdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umfangswand der beiden Spiralkanäle (2, 3) im Bereich der Trennwand (4) ein zweites Abblasventil angeordnet ist, welches ebenfalls über Abblasöffnungen mit den Spiralkanälen (2, 3) verbunden ist, wobei das erste Abblasventil (10) für eine Öffnung im Motorbremsbetrieb und das zweite Abblasventil für eine Öffnung im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und daß das erste Abblasventil (10) für Motorbremsbetrieb bezüglich der Querschnittsverhältnisse um ein Mehrfaches kleiner ist als das Abblasventil für Normalbetrieb.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Abgasturboladerturbine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
• In der US 34 23 926 ist eine Ausgestaltung eines Abgasturboladers der eingangs erwähnten Art beschrieben, der ein zweiflutiges Gehäuse mit zwei Spiralkanälen aufweist, wobei zwischen den beiden Spiralkanälen eine Trennwand angeordnet ist. Am Eingang der Abgasturboladerturbine ist ein Gehäuse vorgesehen, welches ein Ventil aufweist, das gegenüber der Trennwand verschiebbar angeordnet ist. Der hintere Bereich des Gehäuses beinhaltet einen mit dem Ventil verbundenen Steuermechanismus, mittels dem das Ventil in eine Öffnungs- bzw. Schließstellung bringbar ist. Das Ventil deckt in Sperrstellung zwei Ablaßöffnungen ab, welche in der Umfangswand der beiden Spiralkanäle neben der Trennwand angeordnet sind.
• Nachteilig ist dabei jedoch, daß mit dieser Ausgestaltung einer Überdrucksicherung eine genau definierte Überdruckregelung in einer befriedigenden Art und Wei se nicht durchführbar ist.
• Ein weiterer aus dem Stand der Technik bekannter Abgasturbolader ist der GB 20 38 940 A entnehmbar, wobei an der Turbine bzw. deren Gehäuse zwei Abgaszuführungen angeordnet sind. Im Bereich des Einlasses des Turbinengehäuses ist jeweils in einem der Spiralkanäle eine Öffnung und eine sich daran anschließende und mit der Umgebung in Verbindung stehende Bypassleitung vorgesehen. An den Öffnungen ist ein Ventil angeordnet, mittels welchem die Öffnungen verschlossen bzw. freigegeben werden können. Darüber hinaus ist eine mit dem Ausgangsdruck des Verdichters das Abgasturboladers beaufschlagbare Membran- bzw. Steuereinrichtung zur Betätigung des Ventiles beschrieben. Das Ventil wird bei Überschreiten eines zulässigen Ausgangsdruckes des Verdichters durch die Steuereinrichtung geöffnet, so daß weniger Abgas in die Turbine eingeleitet wird.
• Eine Abgasturboladerturbine eines Abgasturboladers ist in der DE 29 01 041 C2 beschrieben. Dabei befindet sich im Bereich des Durchflußspaltes des Abgases zum Turbinenlaufrad ein Ringspalt mit einem nachfolgenden Ringkanal, der mit einer Abgasrückführleitung 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 unsymmetrische Abblasung erfolgt.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Abgasturboladerturbine der eingangs erwähnten 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 kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
• Die erfindungsgemäßen Abblasöffnungen befinden sich in einem Bereich relativ hohen Druckes, weshalb bei Öffnung des Abführventiles eine gute Abblaswirkung erzielt wird. Durch die gewählte Anordnung kann als weiterer Vorteil dabei mit einer einzigen Abblasventileinrichtung aus beiden Spiralkanälen jeweils die gleiche Abgasmenge entnommen werden. Auf diese Weise werden Bauteile eingespart und der Wirkungsgrad wird insgesamt damit deutlich besser. Die erfindungsgemäße Abgasturboladerturbine ist damit insbesondere für einen Serieneinsatz geeignet. Das erfindungsgemäße Abblasventil hat praktisch die Wirkung eines Überdruckventiles, das bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckes öffnet und damit eine Motorschutzfunktion besitzt.
• Neben dieser Schutzfunktion für den Motor wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung der Abblasventileinrichtung auch die Bremswirkung in vorteilhafter 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 Bremsleistungen bereits im mittleren Motordrehzahlbereich erreichen. Wird jedoch die Turbine in diesem Falle bis zur Nenndrehzahl des Bremsbetriebes beaufschlagt, so besteht die Gefahr, daß das Verdichterdruckverhältnis auf unzulässig hohe Werte ansteigt und damit der maximal erlaubte Zylinderinnendruck der Brennkraftmaschine überschritten wird. Durch die erfindungsgemäße Abblasventileinrichtung läßt sich diese Gefahr nun beseitigen, denn bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckes öffnet sich das Abblasventil.
• Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
• In der Zeichnung ist ein Teilaxialschnitt einer Abgasturboladerturbine dargestellt, welche grundsätzlich von bekannter Bauart ist, weshalb nachfolgend nur auf die für die Erfindung wesentlichen Teile näher eingegangen wird.
• Die Turbine weist ein zweiflutiges Gehäuse 1 mit zwei Spiralkanälen 2 und 3 auf, die jeweils eine nicht dargestellte 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 radialen Ringraum 6. Die äußere Umfangswand jedes Spiralkanales 2 bzw. 3 weist neben der Trennwand 4 eine Abblasöffnung 7 bzw. 8 auf. Über den beiden Abblasöff nungen 7 und 8 befindet sich eine Abblasventileinrichtung 9 mit einem Abblasventil 10. Das dargestellte Abblasventil 10 ist als Tellerventil ausgebildet mit einem Federteller 11 als Dichtglied, der bzw. das zusammen mit Ventilsitzen 12 und 13 in der Umfangswand die beiden Abblasöffnungen 7 und 8 in Sperrstellung verschließt. Dies bedeutet, daß die Querschnitte der Abblasöffnungen 7 und 8 so ausgestaltet sein müssen, daß sie der Schließfläche des Federtellers 11 entsprechen.
• Hinter dem Federteller 11 des Abblasventiles 10 befindet sich ein Sammelraum 14, von dem aus eine Auslaßöffnung 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 Auslegungsparameter, wie Federtellerquerschnitt, Federgrößen und Gasdrücke selbsttätig, z.B. auf der Motorbremslinie, durch geeignete Abblasmengen im oberen Motordrehzahlbereich 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 verwenden. In diesem Falle würde man die Betätigung des Abblasventiles 10 zusätzlich mit dem Ladedruck regeln.
• In vorteilhafter Weise sieht man für diesen Zweck jedoch unter Verwendung der gleichen Ausbildung und Anordnung 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 Empfindlichkeit in Bezug auf die Bremsleistung in Abhängigkeit von dem eingestellten Abblasequerschnitt. Bereits geringfügige Veränderungen, insbesondere Vergrößerungen eines oder mehrerer Abblaseöffnungen beeinflußt die Bremsleistung sehr stark. Im Gegensatz dazu ist die im Normalbetrieb abzuführende Abgasmenge wesentlich 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 Querschnittsverhältnisse 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 anderen Ende münden die Öffnungen in den Sammelraum 14, wobei diese Öffnung dann von der Nadel des Nadelventiles absperrbar ist.

Claims (6)

1. Abgasturboladerturbine für eine Brennkraftmaschine mit einem zweiflutigen Gehäuse, das zwei Spiralkanäle mit jeweils einer Abgaszuleitung aufweist, wobei zwischen den beiden Spiralkanälen eine Trennwand angeordnet ist, und mit einer Abblasventileinrichtung, wobei die beiden Spiralkanäle in ihrer Umfangswand neben der Trennwand jeweils mindestens eine Abblasöffnung aufweisen und wobei die Abblasventileinrichtung ein Abblasventil aufweist, dessen Dichtglied in Sperrstellung die beiden Abblasöffnungen abdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umfangswand der beiden Spiralkanäle (2, 3) im Bereich der Trennwand (4) ein zweites Abblasventil angeordnet ist, welches ebenfalls über Abblasöffnungen mit den Spiralkanälen (2, 3) verbunden ist, wobei das erste Abblasventil (10) für eine Öffnung im Motorbremsbetrieb und das zweite Abblasventil für eine Öffnung im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und daß das erste Abblasventil (10) für Motorbremsbetrieb bezüglich der Querschnittsverhältnisse um ein Mehrfaches kleiner ist als das Abblasventil für Normalbetrieb.
2. Abgasturboladerturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abblasöffnungen (7, 8) in einen gemeinsamen 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 Vorspannung 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 Abblasöffnungen (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 Baufschlagung des Federraumes (18) mit einem Steuerdruck versehen ist.