DE2840201A1 - DEVICE FOR CHANGING THE INFLOW CROSS-SECTION OF THE TURBINE OF AN EXHAUST TURBOCHARGER - Google Patents
DEVICE FOR CHANGING THE INFLOW CROSS-SECTION OF THE TURBINE OF AN EXHAUST TURBOCHARGERInfo
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Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft Stadtbachstraße 1, 8900 AugsburgMaschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft Stadtbachstrasse 1, 8900 Augsburg
PB 2945/1357 12.09.78PB 2945/1357 09/12/78
Vorrichtung zur VeränderungDevice for change
der Zuströmquerschnittsflache der Turbine eines Abgasturboladersthe inflow cross-sectional area of the turbine of an exhaust gas turbocharger
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung der Zuströmquerschnittsflache der Turbine eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine mit einem eine ringförmige Zwischenwand aufweisenden festen Ringelement, das den Zuströmkanal in Teilkanäle aufteilt, die entsprechend der anfallenden Abgasmenge mittels eines Verschlußelementes auf- und zusteuerbar sind.The invention relates to a device for changing the inflow cross-sectional area of the turbine of an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine with a fixed ring element having an annular partition, which divides the inflow channel into sub-channels, which according to the amount of exhaust gas produced by means of a closure element are open and controllable.
Aus der britischen Patentschrift 9 25 984 ist bereits ein Abgasturbolader dieser Art bekannt, bei dem der zur Abgasturbine führende Abgaskanal in zwei Teilkanäle aufgeteilt ist. Von diesen ist der eine bei niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine bzw. bei Teillast geschlossen, so daß das Abgas mit hoher Geschwindigkeit der Turbine zugeführt wird, wodurch in diesem Leistungsbereich eine optimale Anströmung der Turbine mit gutem Beschleunigungsverhalten erzielt wird. Bei hoher Drehzahl der Brennkraftmaschine bzw. bei Vollast hingegen, bei der eine größere Abgasmenge mit höherer Strömungsgeschwindigkeit anfällt.An exhaust gas turbocharger of this type is already known from British patent specification 9 25 984, in which the exhaust gas turbine leading exhaust duct is divided into two sub-ducts. Of these, one is at low speed the internal combustion engine or closed at partial load, so that the exhaust gas is fed to the turbine at high speed which results in an optimal flow to the turbine with good acceleration behavior in this power range is achieved. At a high speed of the internal combustion engine or at full load, on the other hand, at a higher speed Amount of exhaust gas occurs at a higher flow rate.
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würde die Beaufschlagung der Turbine mit lediglich über einen Teilzuströmkanal zugeführtent Abgas zue£ einen, vor der Turbine einen zu hohen Druck ergeben,, mit der Folge ?on Berstgefahr und zu hoher Drehzahlbelastung der Turbinenteile , und zum anderen einen unerwünscht hohen !Ladedruck bzw. Verdichterenddruck- Zur Vermeidung dieser Machteile wird in diesem Betriebszustand der Brennkraftmaschine das den zweiten Teilzuströmkanal verschließende Verschlußelement geöffnet, wodurch sich das Abgas entspannen kann und an der Turbine weniger kritische Drehzahlbelastungen hervorruft und der für den Motor bei Vollast erforderliche Ladedruck erzielt wird.would the admission of the turbine with only about A partial inflow channel is supplied to the exhaust gas to a, in front of the Turbine give too high a pressure, with the consequence? On Risk of bursting and excessive speed load on the turbine parts and, on the other hand, an undesirably high boost pressure or Verdichterenddruck- To avoid these disadvantages, the internal combustion engine is in this operating state the second partial inflow channel closing the closure element is opened, whereby the exhaust gas can relax and causes less critical speed loads on the turbine and that required for the engine at full load Boost pressure is achieved.
Das Zuschalten erfolgt nach der bekannten Ausfuhrungsform durch öffnen eines den zweiten Teilzuströmkanal verschließenden Deckels. Diese Art der Veränderung des Zuströmquerschnitts stellt jedoch im Abgaskanal einen starken Strömungswiderstand dar, der die Anwendung dieser Vorrichtung auf Abgasturbolader beschränkt, die keinen großen Wirkungsgrad erfordern. Insbesondere stellt diese Verschlußanordnung des Teilzuströmkanals bei Verwendung von Axialturbinen eine strömungstechnisch ungünstige Maßnahme dar, da hierbei in jeder Öffnungsstellung immer eine über den gesamten Umfang des Turbineneinlaufs verlaufende Strömung gegeben sein sollte. Bei der Radialturbine besteht zudem der Nachteil, daß mit dem Turbinenrad und dem nicht beaufschlagten Teilkanal ein heftiger Impulsaustausch erfolgt, der zu hohen Leistungsverlusten führt.The connection takes place according to the known embodiment by opening a cover that closes the second partial inflow channel. This type of change in the inflow cross-section however, represents a strong flow resistance in the exhaust gas duct, which makes the use of this device limited to exhaust gas turbochargers that do not require high efficiency. In particular, this locking arrangement of the partial inflow channel when using axial turbines is a measure that is unfavorable in terms of flow technology, since this is the case in each opening position always one over the whole Circumference of the turbine inlet running flow should be given. The radial turbine also has the disadvantage that with the turbine wheel and not acted upon Partial channel a violent exchange of impulses takes place, which leads to high power losses.
Demgegenüber besteht die Erfindungsaufgabe in der Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, die bei geringem Herstellungs- und Wartungsaufwand in jeder Betriebs-In contrast, the task of the invention is to create a device of the type mentioned above, which with low manufacturing and maintenance costs in every operating
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stellung einen strömungsgünstig gestalteten Zuströmkanal ergibt,position an inflow channel designed to promote flow results,
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verschluß mindestens einen in Richtung der Turbinenachse verschiebbaren Ringschieber zum Verschließen der Ringquerschnittsfläche zwischen Außenfläche und Zwischenwand des Zuströmkanals umfaßt.This is achieved according to the invention in that the closure at least one ring slide, which can be displaced in the direction of the turbine axis, for closing the ring cross-sectional area comprises between the outer surface and the intermediate wall of the inflow channel.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können mindestens zwei Zwischenwände angeordnet sein, womit sich eine besonders große Vielfalt der Beaufschlagungsmöglichkeiten der Turbine ergibt. Beispielsweise können die radial innenliegenden Teilzuströmkanäle abgedeckt werden, wodurch bei geringer Abgasmenge mit hoher Strömungsgeschwindigkeit die optimale Turbinenbeaufschlagung erzielt werden kann. Mit zunehmender Abgasmenge können dann schrittweise die weiteren radial innen gelegenen Teilkanäle zugeschaltet werden. Man ist somit in der Lage, die Anströmung der Turbine in vielfältiger Weise zu beeinflussen und somit, je nach anfallender Abgasmenge, die erwünschte Beaufschlagung der Turbine zu erzielen.In an advantageous embodiment of the invention, at least two partition walls can be arranged, whereby there is a particularly large variety of options for loading the turbine. For example the radially inner partial inflow channels can be covered, which means that with a small amount of exhaust gas with a high Flow velocity the optimal turbine admission can be achieved. As the amount of exhaust gas increases, you can then gradually the further radially inner sub-channels are switched on. One is thus able to to influence the flow to the turbine in a variety of ways and thus, depending on the amount of exhaust gas produced, the to achieve the desired loading of the turbine.
Auch kann bei Verwendung eines zweistufigen Abgasturboladers ein Teilkanal unter Umgehung einer ersten Turbine zu einer nachgeordneten zweiten Turbine geführt werden, wodurch der radial äußere Bereich der zweiten Turbine mit bestmöglichem Wirkungsgrad genutzt werden kann.This can also be done when using a two-stage exhaust gas turbocharger a sub-channel can be led to a downstream second turbine bypassing a first turbine, whereby the radially outer area of the second turbine can be used with the best possible efficiency.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform ist der Ringschieber über ein Schraubgewinde in Richtung der Turbinenachse verschiebbar.In a particularly expedient embodiment, the ring slide is via a screw thread in the direction of the turbine axis movable.
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Die axialen Turbinenschaufel können in radialer Höhe des festen Ringelementes jeweils eine in Umfangsrichtung verlaufende Trennfläche aufweisen, wodurch sich in Fortsetzung des festen Ringelementes eine weitere Ringfläche ergibt. Damit lassen sich im Laufrad Impulsverluste durch radial verlaufende Strömungskomponenten weitgehend vermeiden.The axial turbine blades can be at the radial height of the fixed ring element each one extending in the circumferential direction Have separating surface, which results in a further ring surface in continuation of the fixed ring element. In this way, impulse losses in the impeller due to radial flow components can largely be avoided.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen in Verbindung mit den Ansprüchen.Further features and advantages emerge from the following description with reference to the drawings with the claims.
Es zeigenShow it
Fig. 1 im Halbschnitt eine Turbine1 shows a turbine in half section
mit unterteiltem Zuströmgehäuse und zwei Ringschiebern/with divided inflow housing and two ring valves /
Fig. 2 im Halbschnitt zwei TurbinenFig. 2 shows two turbines in half section
stufen mit jeweiligem Zuströmgehäuse und zwei verschiedenen Ausführungsformen von Ringschiebern undstages with the respective inflow housing and two different designs of ring sliders and
Fig. 3 im Halbschnitt zwei Turbinen3 shows two turbines in half section
stufen mit im wesentlichen gemeinsamem Zuströmgehäuse.stages with essentially common inflow housing.
In Fig. 1 ist eine Turbine 1 eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine gezeigt, der ein an eine nicht dargestellte Abgassammelleitung angeschlossenes Zuströmgehäuse vorgeordnet ist. Dieses Zuströmgehäuse 2 enthält den Zuströmkanal 3, der im Bereich vor der Turbine 1 durch Zwischenwände 4 in Teilkanäle 5 unterteilt ist. Turbinen-In Fig. 1, a turbine 1 of an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine is shown, which is connected to a not shown Exhaust manifold connected inflow housing is arranged upstream. This inflow housing 2 contains the inflow channel 3, which is divided into sub-channels 5 in the area in front of the turbine 1 by partition walls 4. Turbine
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seitig gehen die Zwischenwände 4 in feste Ringelemente 6 über, an die sich in Umfangsrichtung verlaufende Trennflächen 7 anschließen, die auf Turbinenschaufeln 8 ausgebildet sind. Der Zuströmkanal 3 weist Außenwände 9 und auf, in denen in Richtung der Turbinenachse verschiebbare Ringschieber 11 und 12 angeordnet sind. In der Außenwand ist z. B. ein Schraubgewinde 12a vorgesehen, über das der Ringschieber 12 durch Drehung in Umfangsrichtung axial verschiebbar ist. Die Drehung kann dabei von Hand über ein Handrad 12b erfolgen oder über eine am Umfang des Ringschiebers angeordnete Getriebevorrichtung mit automatisch gesteuertem Stellmotor. Die Verstellung kann auch elektrisch oder durch ein Druckmedium erfolgen, wie dies bei dem Ringschieber 11 angedeutet ist, der über einen in der Außenwandung 10 ausgebildeten Ringzylinder 10 a und einen Ringkolben 11 a bewegt werden kann.on the side, the partition walls 4 merge into fixed ring elements 6, to which separating surfaces extending in the circumferential direction 7 connect, which are formed on turbine blades 8. The inflow channel 3 has outer walls 9 and on, in which in the direction of the turbine axis displaceable ring slide 11 and 12 are arranged. In the outer wall is z. B. a screw thread 12a is provided, via which the ring slide 12 can be axially displaced by rotation in the circumferential direction is. The rotation can be done by hand via a handwheel 12b or via one on the circumference of the ring slide arranged gear device with automatically controlled servomotor. The adjustment can also be electric or by means of a pressure medium, as is indicated in the case of the ring slide 11, which is provided via a pressure medium in the outer wall 10 formed annular cylinder 10 a and an annular piston 11 a can be moved.
Im Betrieb können bei Teillast der Brennkraftmaschine einer oder mehrere der Teilkanäle 5 mit einem der beiden Ringschieber 11 oder 12 verschlossen werden, so daß in diesem Betriebszustand der Brennkraftmaschine das Abgas der Turbine 1 mit hoher Geschwindigkeit zugeführt wird. Wird die Leistung der Brennkraftmaschine gesteigert und erhöht sich dementsprechend die anfallende Abgasmenge, so kann diese durch schrittweises Öffnen weiterer Teilkanäle 5 durch die Turbine geführt werden, ohne daß aufgrund überhöhter Strömungsgeschwindigkeiten ein unerwünscht hoher Verdichterenddruck erreicht würde. Die beiden Ringschieber 11 und 12 können jedoch auch gleichzeitig oder nacheinander betätigt werden, je nachdem, welcher Teilkanal 5 für die Beaufschlagung der Turbine 1 bei jeweilig anfallender Abgasmenge und jeweiligem Leistungsbedarf der Turbine am vorteilhaftesten ist.During operation, when the internal combustion engine is under partial load, one or more of the sub-channels 5 can be connected to one of the two Ring slide 11 or 12 are closed so that the exhaust gas in this operating state of the internal combustion engine is fed to the turbine 1 at high speed. If the power of the internal combustion engine is increased and If the amount of exhaust gas that occurs increases accordingly, this can be done by gradually opening further sub-channels 5 are passed through the turbine without an undesirable due to excessive flow velocities high compressor pressure would be reached. However, the two ring slides 11 and 12 can also be used simultaneously or operated one after the other, depending on which sub-channel 5 is used to act on the turbine 1 the respective amount of exhaust gas and the respective power requirement of the turbine is most advantageous.
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Fig. 2 zeigt eine Hochdruckturbine 13 und eine ETiederdruckturbine 14 eines zweistufigen Abgasturboladers mit zwei verschiedenen Ausführungsformen von Ringschiebern 18 bzw. 22.Fig. 2 shows a high pressure turbine 13 and a low pressure turbine 14 of a two-stage exhaust gas turbocharger with two different embodiments of ring slides 18 or 22.
Der der Hochdruckturbine 13 zugeordnete Zuströmkanal 15 wird von einer Zwischenwand 16 in Teilkanäle 17 aufgeteilt. An diese Zwischenwand 16 schließt sich ein Ringschieber 18 an, der in Öffnungsstellung (Darstellung in unterbrochenen Linien) mit der Zwischenwand 16 ein strömungsgünstig geformtes Profil bildet und bei axialer Verschiebung den radial innen gelegenen Teilkanal 17 verschließt. The inflow duct 15 assigned to the high-pressure turbine 13 is divided into sub-channels 17 by an intermediate wall 16. A ring slide closes on this partition 16 18, which in the open position (shown in broken lines) with the partition wall 16 is a streamlined forms shaped profile and closes the radially inner sub-channel 17 with axial displacement.
Der der Hochdruckturbine 13 nachgeordnete Zuströmkanal 19 der Niederdruckturbine 14 weist ebenfalls eine Zwischenwand 20 auf, durch die zwei Teilkanäle 21 gebildet werden. Der Ringschieber 22 ist auf der im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Innenwandung 23 des Zuströmkanals 19 angeordnet.The inflow channel 19 of the low-pressure turbine 14, which is arranged downstream of the high-pressure turbine 13, likewise has an intermediate wall 20, through which two sub-channels 21 are formed. The ring slide 22 is essentially cylindrical on the formed inner wall 23 of the inflow channel 19 is arranged.
Die Verkleinerung der Turbinenzuströmquerschnittsflache bzw. das Absperren eines Teilkanals 21 erfolgt durch Verschieben des Ringschiebers 22 auf der zylindrischen Innenwandung 23 in Richtung der Hochdruckturbine 13. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades können die Turbinen 13 und jeweils auch noch in Fortsetzung der Zwischenwände 16 und Trennflächen (nicht dargestellt) ausgebildet haben.The reduction of the turbine inflow cross-sectional area or a partial channel 21 is shut off by moving the ring slide 22 on the cylindrical inner wall 23 in the direction of the high pressure turbine 13. To improve the efficiency, the turbines 13 and each also have formed in continuation of the partition walls 16 and parting surfaces (not shown).
Fig. 3 zeigt eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Veränderung der Zuströmquerschnittsflache der Turbine eines zweistufigen Abgasturboladers, bei der ein Zuströmkanal 24 durch Zwischenwände 25 in Teilkanäle 26,Fig. 3 shows a further application of the invention Device for changing the inflow cross-sectional area the turbine of a two-stage exhaust gas turbocharger, in which an inflow channel 24 through partition walls 25 into sub-channels 26,
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27 und 28 aufgeteilt wird/ von denen zwei Teilkanäle 26 und 27 zu einer Hochdruckturbine 29 und ein Teilkanal 28 unter Umgehung des Hochdruckteils der Abgasturbine dem radial äußeren Bereich einer nachgeordneten Niederdruckturbine 30 zugeführt wird. Dabei sind der Teilkanal 28 durch einen Ringschieber 31 und die Teilkanäle 26 und 27 durch einen Ringschieber 32 auf- und zusteuerbar.27 and 28 are divided / of which two sub-ducts 26 and 27 to a high-pressure turbine 29 and one sub-duct 28 bypassing the high-pressure part of the exhaust gas turbine, the radially outer area of a downstream low-pressure turbine 30 is supplied. The sub-channel 28 is formed by an annular slide 31 and the sub-channels 26 and 27 can be opened and closed by a ring slide 32.
Da die Strömung infolge Zentrifugalwirkung nach außen drängt, werden vorzugsweise die radial innenliegenden Ringkanäle abgedeckt, so daß bei Teilbeaufschlagung der Turbine mit der vorhandenen Abgasmenge eine optimale Reaktionswirkung der Turbine erzielt wird.Since the flow pushes outwards as a result of centrifugal action, the radially inner ones are preferred Ring channels covered, so that when the turbine is partially admitted with the existing amount of exhaust gas an optimal Reaction effect of the turbine is achieved.
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OGA | New person/name/address of the applicant | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |