DE2849924B2 - Turbinengehäuse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Turbinengehäuse für das Laufrad einer Zentripetalturbine eines Abgasturboladers mit zweiflutigem Einlauf, an dessen beide Eingänge je etwa die Hälfte der Abgasleitungen der Zylinder des Motors angeschlossen sind.

Derartige Turbinengehäuse sind aus den US-PS 30 747 und 32 92 346 bekannt.

Die Turbinen von Abgasturboladern haben die Aufgabe, die im Abgas des Motors enthaltene Druck-, Geschwindigkeits- und thermische Energie weitmöglichst in Drehmoment an der Turbinenwelle umzusetzen, um mittels eines auf der gleichen Welle befindlichen Radialverdichterrades die Ladeluft des Motors zu verdichten. Hierzu werden gemäß den US-PS 39 30 747 und 32 92 346 zwei Abgasleitungen von den Zylindern des Motors zum Turbinenspiralgehäuse geführt, wobei jeweils eine Gruppe von Zylindern entsprechend der Zündfolge des Motors an eine Abgasleitung angeschlos

sen ist

Zur optimalen Ausnutzung der im Auspuffgas enthaltenen Energie ist es erwünscht, daß jeder der beiden Abgasströme möglichst unbeeinflußt vom anderen bis an den Eintritt des Turbinenrades herangeführt wird. Dadurch soll vor allem vermieden werden, daß der in Abhängigkeit von den Öffnungszeiten der Auspuffventile pulsierende, an der Turbine ankommende Abgasstrom der ersten (bzw. zweiten) Abgasleitung in die zweite (bzw. erste) Abgasleitung zurückschlägt, wenn in der zweiten (bzw. ersten) Abgasleitung zum gleichen Zeitpunkt kein nennenswerter Gasstrom fließt Die Abgasimpulse sollen mit voller kinetischer Energie auf die Turbinenschaufeln treffen, daher darf ihnen kein großes verbundenes Leitungsvolumen angeboten werden.

Es sind zwei grundsätzlich unterschiedliche Lösungsversuche, die Abgasströme bis zum Turbinenradeintritt getrennt zu halten, bekannt:

Aus der DE-OS 26 53 505 ist ein Zwillingsstromgehäuse bekannt, bei welchem das Turbinenspiralgehäuse durch eine mit Abstand zum Turbinenradeintritt endende Trennwand in eine erste Abgasleitung und eine zwei'e Abgasleitung geteilt wird. Der abwechselnd aus der ersten bzw. zweiten Abgasleitung austretende Abgasimpuls trifft die gesamte Breite des Turbinenradeintritts und hat jeweils eine axiale Komponente; die axialen Komponenten der Abgasimpulse der ersten bzw. zweiten Abgasleitung haben den gleichen Betrag, aber unterschiedliche Richtung.

Aus der DE-OS 22 30 718 ist ein Doppelstromgehäuse bekannt, bei welchem die aus den beiden Auspuffleitungen kommenden Abgasströme jeweils die gesamte Breite des Turbinenradeintritts, jedoch nur jeweils über einen halben Umfang des Turbinenrades beaufschlagen. Beide Lösungsarten können aber nicht befriedigen: Im Falle des Zwillingsstromgehäuses entstehen durch die abwechselnde Beaufschlagung des Turbinenradeintritts aus unterschiedlichen Richtungen zyklische Schwankungen des Axialschubes, die zu einer Instabilität des Schmierölfilms und folglich zum Versagen des Axialwellenlagers führen können. Darüber hinaus tragen die axialen Richtungskomponenten der Abgasströme zum Antrieb des Laufrades nichts bei und gehen somit in der Energiebilanz verloren.

Noch ungünstiger sind die Auswirkungen der auf jeweils den halben Laufradumfang treffenden pulsierenden Strömung im Falle des Doppelstromgehäuses. In diesem Fall können Schaden an den unmittelbar betroffenden Radiallagern und durch Anregung von Schaufelschwingungen auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zyklische Schwankungen des Axialschubs zu vermeiden und die axialen Richtungskomponenten der in das Laufrad eintretenden Abgasströme zu vermindern, um den Wirkungsgrad zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zweiflutige Einlauf des Turbinengehäuses in einen dreiflutigen Abschnitt übergeht, der in an sich bekannter Weise am Laufrad in drei Ausgänge endet.

Das deutsche Gebrauchsmuster 19 49 484 zeigt bereits ein Gehäuse eines Abgasturboladers mit drei dem Laufrad zugewandten Ausgängen. Ein derartiger Abgasturbolader hat mit dem erfindungsgemäßen Abgasturbolader zwar einige Merkmale gemeinsam, unterschiedet sich jedoch grundlegend dadurch, daß den drei Ausgängen des Gehäuses drei von den Zylindern des Verbrennungsmotors kommende Abgasleitungen

zugeordnet sind; erfindungsgemäß dagegen sind nur zwei Abgasleitungen vorgesehen, von denen eine Abgasleitung an die beiden äußeren Ausgänge des Turbinengehäuses angeschlossen ist Bei iJetrieb eines mit einem derartigen Gehäuse versehenen Abgasturboladers treten abwechselnd Auspuffstöüe

einerseits gleichzeitig von den beiden äußeren Ausgängen und

andererseits von dem mittleren Ausgang

auf den Umfang des Laufrades, so daß keine zyklischen Schwankungen des Axialschubes auftreten können und die eingangs geschilderten Probleme der Schmierung vermieden werden.

Darüber hinaus haben die aus dem mittleren Ausgang auf den Umfang des Laufrades auftreffenden Abgasstöße keine axialen Richtungskomponenten; derartige a;dale Richtungskomponenten sind nur bei den Abgasströmen vorhanden, die von den beiden äußeren, durch den gleichen Abgasstrom beaufschlagten Ausgängen des Gehäuses auf den Umfang des Turbinenlaufrades auftreffen. Durch die gleichzeitige Zuströmung zum Turbinenrad aus den beiden äußeren Ausgängen wirken die axialen Richtungskomponenten einander entgegen, was zur Stabilisierung der Strömung beiträgt und eine Zuströmung zum Turbinenrad ähnlich dem mittleren Ausgang bewirkt. Insgesamt sind somit die axialen Richtungskomponentep der Abgasströme vermindert, was eine Verbesserung des Wirkungsgrades zur Folge hat.

Aus strömungstechnischen Gründen liegt vorteilhaft der Übergang zum dreiflutigem Abschnitt im Bereich zwischen den Eingängen des Turbinengehäuses und dem Beginn der Spirale.

Bei einem Turbinengehäuse, dessen beide Eingänge in Richtung der Achse des Abgasturboladers eine größere Erstreckung haben als in Richtung senkrecht zur Achse (d. h. in radialer Richtung), ist vorteilhaft der an der Innenseite des Turbinengehäuses liegende Eingang über eine sich innerhalb des Turbinengehäuses in zwei Teilleitungen verzweigende Abgasleitung zu zwei laufradseitigen Ausgängen geführt und der an der Außenseite des Turbinengehäuses liegende Eingang über eine unverzweigte Abgasleitung zum laufradseitigen mittleren Ausgang geführt, welcher in Achsrichtung zwischen den beiden anderen Ausgängen liegt. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, daß das Gehäuse mit konventionellen Gehäusen ausgetauscht werden kann und daß es dem Hersteller des Abgasturboladers selbst möglich ist, im Gehäuse des Abgasturboladers alle Maßnahmen zu vereinigen, die zur Aufteilung der einen Abgasleitung in zwei Teilleitungen und zur Zuführung der dann drei Abgasströme zu den drei Ausfängen des Turbinengehäuses erforderlich sind.

Der Übergang von den beiden Eingängen des Turbinengehäuses zu den drei Ausgängen zum Laufradeintritt hin erfolgt innerhalb des Turbinengehäuses vorteilhaft dadurch, daß mit zunehmendem Abstand von der Eingangsseite des Turbinengehäuses die axiale Erstreckung des Querschnitts der unverzweigten Abgasleitung abnimmt, wogegen die radiale Erstrekkung ihres Querschnitts derart zunimmt, daß sie einen allgemein dreieckförmigen Querschnitt annimmt, und daß sich der Querschnitt der anderen Abgasleitungen in ihrer Mitte, wo die radiale Erstreckung des Querschnitts der unverzweigten Abgasleitung zunimmt, mit zunehmenden Abstand von der Eingangsseite des Turbinengehäuses derart vermindert daß die beiden Teilleitungen gebildet werden.

Die Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

ίο Fig. 1 die Zuordnung der Zylinder eines Verbrennungsmotors zu den beiden Eingängen des Turbinengehäuses,

F i g. 2 die Ansicht des Turbinengehäuses,
F i g. 3 bis 8 die Schnitte an den Stellen III bis VIII der

is Fig.2.

In F i g. 1 sind die Zylinder 2,4,6,8,10,12,14,16,18, 20, 22 und 24 eines Verbrennungsmotors schematisch angedeutet An eine erste Abgasleitung 26 sind die Zylinder 2, 4, 6, 8, 10, 12- und an eine zweite Abgasleitung 28 die Zylinder 14, 16, 18, 20, 22 und 24 angeschlossen.

F i g. 2 zeigt in axialer Richtung gesehen das teilweise aufgeschnittene Turbinengehäuse.
Die Fig.3 bis 8 zeigen den Übergang von zweiflutigem Einlauf des Turbinengehäuses (Fig.3) zum dreiflutigem Abschnitt (F i g. 6,7,8).

F i g. 3 zeigt eine Aufsicht auf den Eingangsstutzen des Turbinengehäuses, gemäß der Linie II1-1I1 der Fig.2. Man erkennt die beiden Gehäuseeingänge 30 und 32.

F i g. 4 zeigt einen Schnitt IV-IV durch den Eingangsstutzen des in Fig.2 dargestellten Turbinengehäuses. Man erkennt, daß an dieser Stelle die erste Abgasleitung 26 in radialer Richtung etwas zugenommen hat, wogegen die zweite Abgasleitung 28 entsprechend abgenommen hat.

Im nächsten Schnitt V-V der Fig.5 erkennt man die weitere radiale Erweiterung der ersten Abgasleitung 26 auf Kosten der zweiten Abgasleitung 28; andererseits hat die axiale Erstreckung der ersten Abgasleitung 26 abgenommen und die radiale Erstreckung der zweiten Abgasleitung 28, jeweils rechts und links, derart zugenommen, daß die zweite Abgasleitung 28 die erste Abgasleitung 26 mit dem rechten und linken Hügel umfaßt.

Gemäß Fig.6 (Schnitt VI-VI in Fig. 2) hat die erste Abgasleitung 26 eine schmale spitze dreieckige Form angenommen, wogegen die zweite Abgasleitung 28 in Teilleitungen 28a und 28b übergegangen ist.

Fig. 7 zeigt den Schnitt VII-VII durch Fig.2. kurz vor dem Ausgang des Turbinengehäuses zum Laufradeintritt hin. Man erkennt, daß an dieser Stelle die radiale Erstreckung der dr2i Leitungen 28a, 26 und 286 fast gleich ist.

Fig. 8 (Schnitt VIII-VIII) schließlich zeigt den Ausgang des Turbinengehäuses zu dem (nicht dargestellten) Laufrad hin. Der mittlere Ausgang 34 ist der ersten Abgasleitung 26 zugeordnet, wogegen die beiden anderen Ausgänge 36 und 38 der zweiten Abgasleitung 28 zugeordnet sind und die Mündungen der beiden Teilleitungen 28a bzw. 28b bilden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Turbinengehäuse für das Laufrad einer Zentripetalturbine eines Abgasturboladers mit zweiflutigem Einlauf, an dessen beide Eingänge je etwa die Hälfte der Abgasleitungen der Zylinder des Motors angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiflutige Einlauf des Turbinengehäuses in einen dreiflutigen Abschnitt übergeht, der in an sich bekannter Weise am Laufrad in drei Ausgänge endet

2. Turbinengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Obergang zum dreiflutigem Abschnitt im Bereich zwischen den Eingängen (30, 32) des Turbinengehäuses und dem Beginn der Spirale liegt

3. Turbinengehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dessen beide Eingänge in Richtung der Achse des Abgasturboladers eine größere Erstreckung haben als in Richtung senkrecht zur Achse (d. h. in radialer Richtung), dadurch gekennzeichnet, daß der an der Innenseite des Turbinengehäuses liegende Eingang (32) über eine sich innerhalb des Turbinengehäuses in zwei Teilleitungen (28a, 2Sb) verzweigende Abgasleitung (28) zu zwei laufradseitigen Ausgängen (36, 38) geführt ist und daß der an der Außenseite des Turbinengehäuses liegende Eingang (30) über eine unverzweigte Abgasleitung (26) zum laufradseitigen mittleren Ausgang (34) geführt ist, welcher in Achsrichtung zwischen den beiden anderen Ausgängen (36,38) liegt.

4. Turbinengehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit zunehmendem Abstand von der Eingangsseite des Turbinengehäuses die axiale Erstreckung des Querschnitts der unverzweigten Abgasleitung (26) abnimmt, wogegen die radiale Erstreckung ihres Querschnitts derart zunimmt, daß sie (26) einen allgemein dreieckförmigen Querschnitt annimmt, und daß sich der Querschnitt der anderen Abgasleitungen (28) in ihrer Mitte, wo die radiale Erstreckung des Querschnitts der unverzweigten Abgasleitung (26) zunimmt, mit zunehmendem Abstand von der Eingangsseite des Turbinengehäuses derart vermindert, daß die beiden Teilleitungen (28a, 28tygebildet werden.