DE2455361A1

DE2455361A1 - TURBINE OR COMPRESSOR IN PARTICULAR FOR TURBOCHARGERS

Info

Publication number: DE2455361A1
Application number: DE19742455361
Authority: DE
Inventors: Michael John Broad; Samuel Stewart Hall
Original assignee: Plessey Handel und Investments AG
Current assignee: Plessey Handel und Investments AG
Priority date: 1973-12-11
Filing date: 1974-11-22
Publication date: 1975-06-12
Also published as: FR2253918A1; JPS5094317A; FR2253918B3; SE7415387L

Description

Our sign; P 2258

Turbine "bzw. Kompressor insbesondere für TurboladerTurbine "or compressor especially for turbochargers

Die Erfindung bezieht sich auf Turbinen mit verstellbaren Düsen und Kompressoren mit verstellbaren Schaufeln. Insbesondere ist die Erfindung bei Turboladern ' ' mit solchen Turbinen und/oder Kompressoren geeignet.The invention relates to turbines with adjustable nozzles and compressors with adjustable blades. In particular, the invention is suitable for turbochargers ″ with such turbines and / or compressors.

Ein Turbolader bekannter Art hat einen festen Düsenbereich und eine unveränderliche Düsenform. Wenn ein solcher Turbolader einer Kraftmaschine zugeordnet wird, welche mit geringen Drehzahlen und geringer Leistung betrieben wird, so wird er auf eine außerordentlich hohe Geschwindigkeit kommen, wenn die Kraftmaschine mit großen Drehzahlen und großer Leistung betrieben wird. Wird dagegen der Turbolader einer Kraftmaschine zugeordnet, die mit hohen Drehzahlen und großer Leistung arbeitet, so wird der Düsenbereich für eine richtige Zusammenarbeit zu breit, wenn die Kraftmaschine mit geringen Drehzahlen und geringer Leistung betrieben wird, so daß für--die Abgabe eines angemessenen Drehmomentes, nur ungenügend Luft zur Verfügung steht.A known type of turbocharger has a fixed nozzle area and an invariable nozzle shape. When a Such a turbocharger is assigned to an engine that operates at low speeds and with low power is operated, it will come to an extraordinarily high speed when the prime mover is on high speeds and high power is operated. If, on the other hand, the turbocharger is assigned to an engine, which works at high speeds and high power, the nozzle area is correct for a Cooperation too wide when the engine is operated at low speeds and low power, so that for - the delivery of an appropriate torque, there is insufficient air available.

Es wurden Versuche angestellt, um diese Geschwindigkeit zu meistern. Ein Verfahren besteht darin, den Bereich der Turbinendüsen den Erfordernissen der Kraftmaschine überAttempts have been made to achieve this speed to master. One method is to vary the area of the turbine nozzles to meet the needs of the engine

Pr/KgPr / Kg

509824/0241509824/0241

den ganzen Drehzahl- und leistungsbereich der Kraftmaschine anzupassen. Derartige Vorkehrungen bieten jedoch, in der Praxis ebenfalls beträchtliche Schwierigkeiten, da die Turbinenschaufeln im Betrieb eine Temperatur von 700-800° C erreichen, da sich auf ihnen Kohle ablagert und da sie Terwerfungen unterliegen und die Genauigkeit der Düsenstellung nicht gesichert ist. Es ergibt sich deshalb, daß ein solcher' veränderlicher Turbolader viel kostspieliger ist als ein unveränderlicher Turbolader,und daß seine Zuverlässigkeit zu wünschen übrig läßt. . ■the entire speed and power range of the Adjust power machine. Such precautions, however, also offer considerable measures in practice Difficulties, as the turbine blades reach a temperature of 700-800 ° C during operation, because coal is deposited on them and because they are subject to distortions and the accuracy of the The nozzle position is not secured. It therefore turns out that such a 'variable turbocharger is much more expensive than a steady turbocharger, and that its reliability too leaves something to be desired. . ■

Vorliegende Erfindung sieht eine Turbine mit Düsen bzw. einen Kompressor mit Leitschaufeln vor, die von einer Stellung in eine andere Stellung bewegt werden können, wobei jeder Stellung Anschläge zugeordnet sind, welche einen schlagartigen Stellungswechsel der Düsen bzw. Leitschaufeln zulassen.The present invention provides a turbine with nozzles or a compressor with guide vanes which can be moved from one position to another position, each position being assigned stops which allow a sudden change of position of the nozzles or guide vanes.

Weiterhin sieht die Erfindung einen Turbolader vor, der eine Turbine und/oder einen Kompressor entsprechend der vorliegenden Erfindung hat.The invention also provides a turbocharger that has a turbine and / or a compressor accordingly of the present invention.

Vorzugsweise sind die Düsen bzw. Schaufeln zwischen zwei Stellungen bewegbar.The nozzles or blades can preferably be moved between two positions.

Ein Turbolader mit einer Turbine mit den erwähnten beweglichen Düsen kann entsprechend den Bedürfnissen der Kraftmaschine verändert werden. Die Turbinendüsen werden jedoch nicht ständig bewegt, so daß sie kontinuierlich den Turbinendüsenbereich den Bedürfnissen der Kraftmaschine über den ganzen Geschwindigkeitsund Leistungsbereich der Kraftmaschine anpassen, wieA turbocharger with a turbine with the mentioned movable nozzles can according to the needs the engine can be changed. However, the turbine nozzles are not moved continuously, so they are continuous the turbine nozzle area the needs of the engine over the entire speed and Adjust the power range of the engine, such as

50 9 8 24/024150 9 8 24/0241

dies bei den erwähnten bekannten Turboladern der Fall ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Turbinendüsen von einer Stellung zur anderen schlagartig bewegt, so daß der Turbinendüsenbereich periodisch den Erfordernissen der Kraftmaschine angepaßt wird. Die Bewegung der Turbinendüsen wird in vorgesehenen Stellungen mit Hilfe zugeordneter Haltemittel, insbesondere Anschläge, beendet.this is the case with the known turbochargers mentioned. According to the present invention the turbine nozzles moved abruptly from one position to the other, so that the turbine nozzle area is periodically adapted to the requirements of the engine. The movement of the turbine nozzles is in provided positions with the help of associated holding means, in particular stops, ended.

Ein Turbolader mit einem Kompressor mit beweglichen Leitschaufeln der erwähnten Art kann dazu verwendet werden, daß von dem Kompressor geringere Luftströme aufgenommen werden, ohne in den Pumpbereich der Maschine einzutreten.A turbocharger with a compressor with movable guide vanes of the type mentioned can be used for this purpose that from the compressor lower air flows without entering the pumping area of the machine.

Der Turbolader gemäß der Erfindung ist bei Dieselmaschinen und Benzinmaschinen hoher Leistung anwendbar. .The turbocharger according to the invention is applicable to diesel engines and gasoline engines of high power. .

Bei einem Turbolader, bei welchem die Turbinendüsen zwischen zwei Stellungen bewegbar sind, können die Düsen den untersten Bereich in der Ruhestellung einnehmen und hierin verbleiben, wenn die Leistung und die Geschwindigkeit· der Kraftmaschine zunehmen. Ist eine vorherbestimmte maximale Aufladung entsprechend einem Sicherheitswert erreicht, so können die Düsen in die Stellung mit dem maximalen Bereich bewegt werden, wodurch die Aufladung vermindert wird. Ein weiteres Ansteigen der Leistung und der Geschwindigkeit der Kraftmaschine ergibt dann einen Anstieg der Aufladungshöhe, bis der maximale Aufladungsstand wieder erreicht ist.In the case of a turbocharger in which the turbine nozzles can be moved between two positions, the nozzles can occupy the lowest area in the rest position and remain there, as the power and speed of the prime mover increase. Is a predetermined one maximum charge is reached according to a safety value, so the nozzles can be in the Position can be moved to the maximum range, reducing the charge. Another one Increasing the power and speed of the engine then results in an increase in the level of charge up to the maximum charge level is reached again.

09824/0209824/02

Die Turbine und/oder die Kompressoren können dem radialen oder dem axialen Strömungstyp angehören. The turbine and / or the compressors can be of the radial or axial flow type.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar sind:An embodiment of the invention is shown in the drawing, namely:

Fig. 1 ein Schnitt durch eine Turbine mit radialer Einströmung gemäß der Erfindung,1 shows a section through a turbine with radial inflow according to the invention,

Fig. 2 ein Teilschnitt durch die Turbine gemäß Fig. 1 und2 shows a partial section through the turbine according to FIGS. 1 and

Fig. 3 eine teilweise Ansicht der Rückseite der Turbine gemäß den Fig. 1 und 2.3 shows a partial view of the rear side of the turbine according to FIGS. 1 and 2.

Ein Turbinenrad 1 ist auf einer Welle 14 angeordnet, die einen nicht dargestellten Kompressor antreibt. Gas von der nicht dargestellten Kraftmaschine tritt durch eine Schnecke 3 ein und strömt zu einem Düsenring 2. In der Ruhestellung nehmen die Düsen 2 A in dem Düsenring 2 eine Stellung 4 ein, welchem ein Bereich A entspricht. Die Düsen 2 A nehmen die Stellung 4 unter dem Einfluß einer Feder 8 (Fig. 3) ein, welche mit einer Kolbenanordnung 16 und einem Kupplungsring 6 zusammenarbeitet. Die Kolbenanordnung umfaßt einen Kolben 10 und eine Kolbenstange 15, welche den Kolben 10 mit dem Kupplungsring 6 verbindet. Jede Bewegung des Kupplungsringes 6 wird über Kurbelarme 7 auf die Düsen 2 A übertragen.A turbine wheel 1 is arranged on a shaft 14 which drives a compressor, not shown. Gas from the engine, not shown, enters through a screw 3 and flows to a nozzle ring 2. In the rest position, the nozzles 2A in the nozzle ring 2 assume a position 4, which is an area A corresponds to. The nozzles 2 A take position 4 under the influence of a spring 8 (Fig. 3), which cooperates with a piston arrangement 16 and a coupling ring 6. The piston assembly comprises a piston 10 and a piston rod 15 which connects the piston 10 to the coupling ring 6. Every movement of the coupling ring 6 is transmitted to the nozzles 2 A via crank arms 7.

Wenn die Kraftmaschine anläuft, treiben ihre Auspuffgase das Turbinenrad 1 und damit den nicht dargestellten Kompressor an. Druckluft aus dem Kompressor tritt in die Kolbenanordnung 16 ein, wobei sie auf die Kolbenfläche 11 einwirkt. Die dadurch erzeugte KraftWhen the engine starts up, its exhaust gases drive the turbine wheel 1 and thus the one not shown Compressor on. Compressed air from the compressor enters the piston assembly 16, acting on the Piston surface 11 acts. The force it creates

5Ό9824/02415Ό9824 / 0241

reicht jedoch nicht aus, um die Kraft der Feder 8 zu UberwInflLen, -and die Tftisen 2 k bleiben üäher in der Stellung 4 mit dem Bereich A.is not sufficient, the force of the spring to UberwInflLen 8 Tftisen 2 -and k üäher remain in the 4-position with the area A.

Wenn die Maschinenleistung und -drehzahl ansteigen, so nimmt auch die Drehzahl des Turbinenrades 1 zu. Das hat ein Ansteigen des Ausgangsdruckes des Kompressors zur Folge, "bis ein vorherbestimmter Druckwert erreicht ist. Der Kolben 10 bewegt sich dabei entgegen der Feder 8, wobei die obere Kolbenfläche 11 von ihrem Sitz 17 entfernt wird und Druckluft .auch auf die Kolbenfläche 10 A einwirken kann. Der dadurch erzielte Kraftanstieg veranlaßt den Kolben und die Kolbenstange 15, den Kupplungsring 6 so zu bewegen, daß sein Anschlag 12 von dem festen Anschlag 18 zu dem festen Anschlag 13 gelangt-. Dabei bewegen sich die Düsen 2 A von ihrer Stellung 4 in ihre Stellung 5. Das hat einen Übergang des Düsenbereiches A in den Düsenbereich B zur Folge.If the engine power and speed increase, the speed of the turbine wheel 1 also increases. This results in an increase in the output pressure of the compressor "to a predetermined one Pressure value is reached. The piston 10 moves against the spring 8, whereby the upper piston surface 11 is removed from its seat 17 and compressed air .auch act on the piston surface 10A can. The resulting increase in force causes the piston and the piston rod 15, the coupling ring 6 to move so that its stop 12 of the Fixed stop 18 reaches the fixed stop 13-. The nozzles move 2 A from their position 4 in their position 5. This has a transition from the nozzle area A to the nozzle area B. result.

.Die Änderung des Düsenbereiches verändert das Verhalten der Turbine, so daß der Aufladedruck unter das Sicherheitsmaximum fällt. Ein weiteres Ansteigen der Leistung und der Drehzahl der Kraftmaschine hat auch einen Anstieg der Drehzahl des Turbinenrades 1 und des Kompressors zur Folge, so daß der Druck der aus dem Kompressor eindringenden Luft sich erhöht, bis bei dem Leistungs- und Drehzahlmaximum der Kraftmaschine der Düsenbereich B wieder den maximalen Sicherheitsladedruck ergibt.Changing the nozzle area changes that Behavior of the turbine so that the boost pressure falls below the safety maximum. Another one An increase in the power and the speed of the engine also has an increase in the speed of the engine Turbine wheel 1 and the compressor result, so that the pressure of penetrating from the compressor Air increases until nozzle area B at the maximum power and speed of the engine again results in the maximum safety boost pressure.

50 9824/02450 9824/024

Die Turbine könnte auch eine Axialstromturbine mit Düsen sein, die sich um eine zu der Turbinenwelle radial verlaufende Achse bewegen. Der erwähnte Kompressor kann mit Leitschaufeln versehen sein, die beispielsweise zwischen zwei Anschlägen verstellbar sind.The turbine could also be an axial flow turbine with nozzles that revolve around one to the turbine shaft move the radial axis. The mentioned compressor can be provided with guide vanes be that are adjustable between two stops, for example.

509824/0241509824/0241

Claims

l.j turbine or compressor with adjustable Nozzles or guide vanes, the intended positions of which are assigned to stops that have a Allow sudden change of position of the nozzles or the guide vanes.

2. Turbocharger with a turbine and / or a compressor according to claim 1.

3. Turbocharger according to claim 2, wherein the nozzles are adjustable between two positions.

4. Turbocharger according to claim 2, wherein the blades are adjustable between two positions.

5. Turbocharger with a turbine according to claim 1,

in which the turbine nozzles can be adjusted between two positions by means of a coupling ring, which is in communication with the turbine nozzles.

6. Turbocharger according to claim 5, wherein the coupling ring is connected to a piston and through this is driven.

7. Turbocharger according to claim 6, characterized in that the piston is driven by under the Delivery pressure of a compressor receives standing air, and the compressor part of the turbocharger forms.

509824/0241