DE2151658A1 - Zentripetalturbine eines abgasturboladers - Google Patents

Zentripetalturbine eines abgasturboladers

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DE2151658A1
DE2151658A1 DE19712151658 DE2151658A DE2151658A1 DE 2151658 A1 DE2151658 A1 DE 2151658A1 DE 19712151658 DE19712151658 DE 19712151658 DE 2151658 A DE2151658 A DE 2151658A DE 2151658 A1 DE2151658 A1 DE 2151658A1
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DE
Germany
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flap
switch
centripetal turbine
exhaust gas
open position
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Pending
Application number
DE19712151658
Other languages
English (en)
Inventor
Hans Dr-Ing Dinger
Paul Thoma
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daimler Benz AG
Original Assignee
Daimler Benz AG
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/146Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by throttling the volute inlet of radial machines or engines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Description

  • "Zentripetalturbine eines Abgasturboladers" Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentripetalturbine eines Abgastur boladers mit veränderbarem Durchtrittsquerschnitt für die Abgase zwischen dem Einlaufkanal und dem Laufrad. Derartige veränderbare Durchtrittsquerschnitte erlauben es, auch bei stark wechselndem Gasdurchsatz, wie er besonders bei Abgasturboladern von Kraftfahrzeugmotoren auftritt, günstige Beaufschlagungsgeschwindigkeiten für die Turbinenschaufeln aufrecht zu erhalten. Dadurch ergeben sich gute-Turbinenwirkungsgrade nicht nur für den Vollastbereich eines blotors, für den die Äbgasturbine normalerweise ausgelegt ist, sondern auch für dessen Teillastbereich. Dies ist besonders wesentlich für den Leerlaufbereich von Kraftfahrzeugmotoren, da ein guter Turbinenwtrkungsgrad kürzere Beschleunigungszeiten des Fahrzeuges ermöglicht.
  • Es ist bekannt, bei Zentripetalturbinen von Abgasturboladern veränderbare Durchtrittsquerschrntte durch einen Turbinenleitapparat mit verstellbaren Leitschaufeln zu verwirklichen. Dazu ist jedoch ein vielteillger Verstellmechanismus notwendig, der nicht nur einen groben Bauaufwand erfordert sondern der auch gegenüber der-erheblichen IIitzeeinwirkung der Abgase anfällig ist. Bei einer anderen bekannten Zentripetalturbine besteht der Leitapparat aus Leitschaufeln aus Bimetall, deren Profil sich temperaturabhängig verformt und damit den Durchtrittsquerschnitt verändert. Sofern die Leitschaufelverformung nicht nur durch die Abgastemperatur, sondern auch durch andere Kenngrößen beeinflußt werden soll, ist zusätzlich eine regelbare Kiihleinrichtung des Leitapparates erforderlich. Dadurch ergibt sich eine sehr aufwendige und damit teure Anlage. Durch ihre Temperaturabhängigkeit arbeitet diese Regelung außerdem mit einer unvermeidlichen Verzögerung, die sich bei der Verwendung der Zentripetalturbine in Kraftfahrzeugen als Mangel erweist. Beide der erwähnten Ausfülirungen einer Zentripetalturbine haben den zusätzlichen Nachteil, daß ihre E.inbaumaße durch die Verwendung eines Leitapparates wesentlich vergrößert sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile- zu beseitigen und eine besonders einfach aufgebaute und zuverlässige Zentripetalturbine zu schaffen, die kurze Beschleunigungszeiten ermöglicht.
  • Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß in einem leitringlosen Einlaufkanal eine Klappe angeordnet ist, die aus einer offenen Stellung in eine geschlossene Stellung schwenkbar -ist, in der nur ein bestimmter Sektor des Laufrades von Nbgasen beaufschlagt wird. Man verzichtet dabei auf eine stetige Regelung des Durchtritts querschnittes und beschränkt sich auf eine Teilbeaufschlagung des Laufrades bei bestimmten Betriebszuständen. Dadurch läßt sich eine aus wenigen Teilen bestehende Einrichtung zur Veränderung des nurchtrittsquers chnittes verwirklichen, die sich olme groben Aufwand Ilerstellen läßt und die sich besonders durch eine geringe Störanfälligkeit auch gegenüber starken thermischen Belastungen auszeichnet. Vin weiterer, wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Zentripetalturbine ist die durch ihren einfachen Aufbau mögliche gedrungene Bauweise, die eine Verwenduiig auch bei begrenztem Einbauraum zuläßt, Nach der Erfindung ist die Klappe in der offenen Stellung in vorteilafter Weise in die W and des Gehäuses versenkt. Dadurch wird vermiedeii, daU die Klappe, solange sie nicht benötigt wird, die Strömung der Abgase iiu Einlaufkanal beeinträchtigt.
  • Erfindungsgemäß nimmt die Klappe oberhalb eines bestimmten Ladedruckes die offene Stellung ein und unterhalb dieses Druckes dann die geschlossene Stellung, wenn die Brennkraftmaschine aus dem Leerlaufbereich heraus beschleunigt wird. Die dabei angewandte Teilbeaufgeschlagung der Zentripetalturbine führt zu einer kürzeren Bescllleunigungszeit des Abgasturboladers und damit zu einer raschen Erhöhung des I,adedruckes, der damit besser der beim Beschleunigen eingespritzten Kraftstoffmenge angepaßt wird. Auf diese iVeise wird der bei Dieselkraftfahrzeugen unerwünschte, durch unverbrannte Kraftstoffteilchen gebildete Rauchstoß beim Beschleunigen aus dem Leerlauf heraus, z. B. nadi einem halt oder nach dem Durchfahren einer Gefällestrecke, verhindert.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Klappe in die geschlossene bzw. offene Stellung durch einen Magnetschalter geschwenkt, dessen Stromkreis von einem Schalter, der von einem Druckfüiiler betätigt wird, und einem Schalter mit Zeitrelais, der von der Regelstange der Brennkraftmaschine betätigt wird, geschlossen bzw. geöffnet.
  • Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht einer Zentripetalturbine eines Abgasturboladers, teilweise im Schnitt, mit einer schematisch dargestellten Schaltvorrichtung und Fig. 2 einen Querschnitt durch diese Zentripetalturbine nach der Linie II-II der Fig. 1.
  • Die Zentripetalturbine des Abgasturboladers besteht im wesentlichen aus einem Laufrad 14 mit Schaufeln 12 und aus einem Gehäuse 13. Das Laufrad 11 ist auf dem einen Ende einer im Gehäuse 13 gelagerten Welle 14 befestigt, deren anderes Ende mit dem Laufrad des nicht dargestellten Verdichters des Abgasturboladers verbunden ist. Der Verdichter liefert verdichtete Luft an eine Kolbenbrennkraftmaschine, deren Abgase die Zentripetalturbine antreibt.
  • Die Abgase werden der Zentripetalturbine durch einen Einlaßstutzen 15 zugeführt, der tangential in einen leitringlosen Einlaufkanal 16 mündet.
  • Von dem Einlaufkanal 16, der das'laufrad 11 spiralförmig umgibt, strömen die Abgase zentripetal durch das Laufrad 11 und geben dabei an dieses Energie ab. Darauf verlassen die Abgase das Gehäuse durch einen zentralen Abgaskanal 17. Die Ein- bzw. die Ausströmrichtung der Abgase ist jeweils durch einen Pfeil angegeben.
  • Im Einlaufkanal 16 rost eine schwenkbare Klappe 18 angeordnet. Die Klappe 18 ist dazu mit einer im Gehäuse 13 gelagerten Welle 19 drehfest verbunden. An einem aus dem Gehäuse 13 ragenden Teil der Welle 19 ist ein Ilebel 20 befestigt, nzit dem die Klappe l (3 in eine offene und eine geschlossene Stellung gcscliwenkt werden kann.
  • In der in der Zeichnung dargestellten offenen Stellung A ist die Klappe 18 in einer Ausbuchtung 21 der Wand 22 des Gehäuses 13 versenkt, so da,l3 sich ein strömungsgünstiger glatter Verlauf der Innenwand 23 des Einlaufkanales 16 ergibt. Die genaue Stellung der Klappe 18 wird durch einen Anschlag 24 an der Klappe 18 festgelegt, der an einem Gegenanschlag 25 an der Wand 22 des Gehäuses 13 anliegt. In. dieser Stellung beaufschlagen die Abgase die Schaufeln 12 des Laufrades 11 an seinem gesamten Umfang.
  • In der geschlossenen Stellung B der Klappe 18, die in der Zeichnung mit gestrichelten Linien gezeigt ist, liegt ein Teil der Endkante 26 der Klappe 18 an der Innensvand 23 des Einlaufkanalesl6 an. Die Abgase werden dabei sO gelenkt, daß jeweils nur der der Klappe 18 gegenüberliegende Sektor des Laufrades li beaufschlagt wird.
  • Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, ist der Hebel 20 mit der Schaltstange 27 eines Magnetschalters 28 verbunden. Eine Feder 29 stützt sich mit ihrem einen Ende an dem Magnetschalter 28, mit ihrem anderen Ende an einem Federteller 30 ab> der an der Schaltstange 27 befestigt ist. Der Magnetschalter 28 ist durch Leitungen 31 und 32 an eine Stromquelle 33 angeschlossen. In der Leitung 32 sind ein Schalter 34 sowie ein Schalter 35, der mit einem Zeitrelais 36 versehen ist, angeordnet. Der Schalter 34 ist durch eine Stange 37 mit-einem Druckfühler 38 verbunden, der am Verdichterausgang angebracht ist. Der Schalter 35 ist durch eine Stange 39 und einen hebel 40 än der EinspritzpuInpe 41 mit der Regelstange 42 der Brennkraftmaschine verbunden.
  • Bei unterbrochenem Stromkreis wird die Schaltstange 27 des Magnetschalters 28 durch den Druck der Feder 29 auf den-Federteller 30 auswärts gedrückt. Dadurch wird die Klappe 18 über den Hebel 20 in der offenen Stellung A gehalten. Bei geschlossenem Stromkreis zieht der Magnetschalter 28 die Schaltstange 27 entgegen dem Druck der Feder 29 einwärts und schließt damit die Klappe 18 über den Hebel 20.
  • Beim Betrieb der Brennkraftmaschine liegt der Ladedruck des Abgasturboladers normalerweise oberhalb eines bestimmten Wertes, bei dessen Überschreiten der Druckfühler 38 durch Bewegen der Stange 37 in Pfeilrichtung den Schalter 34 geöffnet hat. Der Stromkreis des Magnetschalters 28' ist unterbrochen und damit die Klappe 18 geöffnet.
  • Sinkt der Ladedruck unter diesen Wert, so zieht der Druckfühler 38 die Stange entgegen der Pfeilrichtung einwärts und schließt den Schalter 34. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn die Brennkraftmase:hine einige Zeit im Leerlauf läuft. Dabei nimmt die Regelstange 42 sowie der damit verbundene Schalter 35 die in der Zeichnung gezeigte Stellung ein, in der der Stromkreis unterbrochen bleibt. Die Klappe 18 nimmt damit weiterhin die offene Stellung A ein.
  • Wird zum Beschleunigen der Brennkraftmaschine die negelstange 42 in Pfeilrichtung gezogen, so wird der Ilebel 40 der Einspritzpumpe 41 aus der Leerlaufstellung in Richtung der Vollaststellung geschwenkt.
  • Dabei wird durch die am Ilebel 40 befestigte Stange 39 der Schalter 35 betätigt, der kurzzeitig einen Kontakt schließt, der das Zeitrelais 3ti einschaltet, so daß der Stromkreis für eine gewisse Zeit, z. B. für zwanzig Sekunden, geschlossen ist. Der nun unter Strom stehende Magnetschalter 28 zieht die Schaltstange 27 entgegen dem Druck der Feder 29 einwärts und stellt über den Hebel 20 die Klappe 18 in die geschlossene Stellung B. Damit wird nur noch der jeweils der Klappe 18 gegenüberliegende Sektor des Laufrades 11 mit Abgasen beaufschlagt.
  • Der Ladedruck des Abgasturboladers steigt beim Beschleunigen der Brennkraftmaschine wieder an und der Ladedruckfühler 38 öffnet mit dem Schalter 34 den Stromkreis des Magnetschalters 28. Nachdem dieser stromlos ist, kann die Feder 29 über den Federteller 30, die Schaltstange 27 und den IIebel 20 die Klappe 18 wieder in die offene Stellung A zurückschwenken.
  • Da der Schalter 35 beim Beschleunigen nur einen Augenblick schließt und das Zeitrelais 36 den Schalter 35 nur kurzzeitig überbrückt, wird der Stromkreis zusätzlich zum Schalter 34 auch in diesem Bereich wieder unterbrochen. Eine Verminderung des Ladedruckes, beispielsweise beim Leerlauf, das zum Schließen des Schalters 34 führt, oder ein kurzzeitiges Beschleuiugen, das zum Schließen des Schalters 35 führt, kann jeweils für sich allein den Stromkreis des Magnetschalters 2tS nicht schließen. Erst wenn die Brennkraftmasclline bei geringem Ladedruck aus dem Leerlaufbereich heraus beschleunigt wird, ist der Schalter 34 und der Schalter 35 bzw. dessen Zeitrelais 3G gleichzeitig geschlossen, so daß. der Magnetschalter 2«' Strom erhält und die Klappe 18 scliließt.
  • I)ie geschlossene Klappe 1 l., bewirkt nicht nur eine rasche Beschleunigung der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeuges, sondern verhindert auch die Bildung eines Rauchstoßes beim Beschleunigen.
  • Statt durch einen Magnetschalter kann der IIebel auch durch andere Mittel, beispielsweise durch einen hydraulischen Stellmotor, gescllwenkt werden. Die Stellung der Klappe kann statt in Abhängigkeit vom Ladedruck auch in Abhängigkeit anderer Kenngrößen, beispielsweise der Drehzahl, des Abgasturboladers oder der Kolbenbrennkraftmaschine geregelt werden.

Claims (4)

Ansprüche
1. Zentripetalturbine eines Abgasturboladers mit veränderbarem Durchtrittquerschnitt für die Abgase zwischen dem Einlaufkanal und dem Laufrad, dadurch gekennzeichnet, daß in einem leitringlosen Einlaufkanal (16) eine Klappe (18) angeordnet ist, die aus einer offenen Stellung (A) in eine gescldossene Stellung (B) schwenkbar ist, in der nur ein bestimmter Sektor des Laufrades (11) von den Abgasen beaufschlagt wird.
2. Zentripetalturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (18) in der offenen Stellung (A,) in die Wand (22) des Gehäuses (13) versenkt ist.
3. Zentripetalturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das die Klappe (18) oberhalb eines bestimmten Ladedruckes die offene Stellung (A) einnimmt und unterhalb dieses Druckes dann die geschlossene SteUung (B) einnimmt, wenn die Brennkraftmaschine aus dem Leerlaufbereich heraus beschleunigt wird.
4. Zentripetalturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (18) in die geschlossene (B) bzw. offene Stellung (A) durch einen Magnetschalter (28) geschwenkt wird, dessen Stromkreis (31,32) von einem Schalter (34), der von einem Druckfühler (32;) betätigt wird, und einem Schalter (35) mit Zeitrelais (3fi), der von der Regelstange (42) der Brennkraftmaschine betätigt wird, geschlossen bzw. geöffnet wird.
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Cited By (7)

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WO1982000686A1 (en) * 1980-08-14 1982-03-04 Johansson A Turbine with variable restriction in turbine inlet
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