DE2939152A1

DE2939152A1 - Turbine eines abgasturboladers fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2939152A1
Application number: DE19792939152
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl.-Ing. 6100 Darmstadt Melzer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1979-09-27
Filing date: 1979-09-27
Publication date: 1981-04-02
Also published as: DE2939152C2; FR2468737B1; GB2059515A; AT387623B; ATA479580A; IT8024770A0; FR2468737A1; IT1132977B; GB2059515B

Description

BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT, 8000 München "Turbine eines Abgasturboladers für Brennkraftmaschinen"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbine eines Abgasturboladers für Brennkraftmaschinen, mit einem vom Turbineneinlaß zum Turbinenauslaß führenden Umgehungskanal zum regelbaren Abblasen eines Teils des Abgases.

Bei einer bekannten derartigen Turbine (DE-O3 27 38 9?9) werden die über ein vom Ladedruck beeinflußtes Tellerventil abgeblasenen Abgase einer im Turbinengehäuse ausgebildeten Kammer zugeführt, von wo sie durch eine Übertrittsöffnung quer in den Turbinenauslaß gelangen können.

Nachteilig an den bekannten Abgasturboladern mit Turbinen etwa der vorbeschriebenen Art ist es, daß die Turbine und auch das Regelventil im Umgehungskanal einen erhöhten Gegendruck im Auspuffsystem verursachen, was die Gaswechselarbeit der Brennkraftmaschine und - damit verbunden - den spezifischen Verbrauch erhöht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Turbine für einen Abgasturbolader der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der den genannten Nachteilen entgegengewirkt und demzufolge unter Ausnützung eines Teils der Energie des Abgases insbesondere die Gaswechselarbeit und der spezifische Verbrauch der Brennkraftmaschine gesenkt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Turbine eines Abgasturboladers der vorausgesetzten Bauart dadurch gelöst, daß die

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Umgehungsleitung über eine etwa in Abströmrichtung des die Turbine verlassenden Abgases gerichtete Strahldüse in den Turbinenauslaß mündet und mit diesem eine Strahlpumpe bildet. Dank dieser Maßnahmen bleibt die Energie der abgeblasenen Abgase nicht - wie bisher - ungenutzt, sondern wird zur Absenkung des Drucks nach der Turbine verwendet. Die in den Strom der von der Turbine kommenden Abgase gerichtete Strahldüse wirkt in Verbindung; mit dem Querschnitt des Turbinenauslasses wie die Treibdüse einer Strahlpumpe, die mit iter Saugseite an den Auslaßquerschnitt des Turbinenrads angeschlossen ist. Mit der auf diese Weise ermöglichten Absenkung des Drucks nach der Turbine kann - bei konstantem Leistungsbedarf der Turbine für einen konstanten Verdichterdruck des Abgasturboladers - auch vor der Turbine ein geringerer Druck gewählt werden. Dieser geringere Gegendruck führt zu der bereits erwähnten Verminderung der Gaswechselarbeit. Er gestattet ferner eine Liefergraderhöhung durch verbesserte Totraumspülung, wodurch auch die Innenkühlung der Brennkraftmaschine gesteigert wird.

Vorzugsweise hat die Strahldüse einen variablen Düsenöffnungsquerschnitt, so daß die Regelung der abgeblasenen Abgasmenge mittels der Strahldüse erfolgen kann und gesonderte Regelventile, die wiederum vermehrte Strömungsverluste indizieren, entfallen können.

Die Erfindung sowie besonders vorteilhafte konstruktive Ausgestaltungen des Grundgedankens der Erfindung, die Gegenstand von weiteren Unteransprüchen sind, sind im Folgenden anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert Die Fig. 1 bis 3 zeigen Schnitte - teils schematisiert - durch verschiedene Ausführungsbeispiele der neuen Abgasturbine.

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In Fig. 1 ist das Turbinengehäuse 1 und das Turbinenrad 2 eines Abgasturboladers dargestellt. Das Turbinenrad 2 treibt über eine lediglich angedeutete Welle 3 das nicht dargestellte Verdichterrad des Turboladers an. Der Turbineneinlaß h v/eist einen das Turbinenrad 2 umgebenden ringförmigen Kanal 5 mit - in Strömungsrichtung des Abgases - abnehmendem Kanalquerschnitt auf. Der Turbinenauslaß 6 des Turbinengehäuses 1 wird im wesentlichen durch einen zylindrischen, zum Turbinenrad 2 koaxialen Rohrabschnitt 7 gebildet. Zum Abblasen eines Teils des Abgases dient ein vom Turbineneinlaß 4 zum Turbinenauäaß 6 führender Umgehungskanal 8. Das Abblasen kann beispielsweise ab Erreichen eines bestimmten Ladedruckverhältnisses oder eines bestimmten Ladedrucks, die schon bei vergleichsweise niedrigen Drehzahlen erreicht werden, erfolgen.

Die Umgehungsleitung θ mündet über eine etwa in Abströmrichtung A des die Turbine verlassenden Abgases gerichtete Strahldüse 9 in den Trbinenauslaß 6 und bildet mit dem Turbinenauslaß eine Strahlnumne. Durch die in der Strahldüse 9 erhöhte Geschwindigkeit des den Umgehungskanal 8 verlassenden Abgases stellt sich am Düsenaustritt ein niederer Druck ein, der ein verstärktes Absaugen des durch das Turbinenrad 2 geströmten Abgases bewirkt.

Um die Strahldüse 9 verschieben Betriebsbedingungen, insbesondere einer stark veränderlichen Menge des durch den Umgehungskanal 8 abströmenden Abgases, anpassen zu können, hat die Strahldüse 9 vorzugsweise einen variablen Düsenöffnungsquerschnitt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausfuhrungsbeisniel mündet der Umgehungskanal 8 über einen den Turbinenauslaß umgebenden Ringkanal 10 und eine im wesentlichen ringfr-Düsenöffnung 11 in den Turbinenauslaß 6. Die Düsen-

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öffnung 11 könnte auch durch gleichmäßig im Winkel zueinander versetzte Stege, die gegebenenfalls als Leitstege ausgebildet sind, in mehrere Segmentöffnungen unterteilt sein. Zum Variieren des Düsenöffnungsquerschnitts ist ein Ringschieber 12 vorgesehen, der axial im Turbinenauslaß 6 verschiebbar ist. Der Ringschieber

12 ist sowohl an dem dem Turbinenrad 2 zugekehrten Rand

13 als auch an dem die Öffnung der Strahldüse 9 begrenzenden Rand 14 zur Bildung von strömungsgünstigen Luftleitflächen entsprechend abgerundet.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 mündet der Umgehungskanal 8¹ seitlich in den Turbinenauslaß 6'. An der Mündung des Umgehungskanals 8¹ ist eine schräg in die Abgasströmung A der Turbine geneigte, verstellbare Düsenklappe 15 vorgesehen. Die Düsenklappe 15 ist an ihrem dem Turbinenrad 2 zugekehrten Rand um eine Querachse 16 schwenkbar, um den Düsenöffnungsquerschnitt der Strahldüse 9' verändern - gegebenenfalls auch schließen - zu können. Die Düsenklappe 15 ist an ihrem der Querachse 16 entgegengesetzten Ende zum Öffnungsrand 18 hin etwas abgebogen* um im Zusammenv/irken mit dem Rand 18 einen zur Erzeugung der Strahlwirkung erforderlichen, sich in Strömungsrichtung verengenden Düsenquerschnitt zu erhalten. Der beschriebene Rand 10 bildet eine Sitzfläche für eine entsprechende Sitzfläche 19 der DUsenklappe 15.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der einer seitlich in dem Turbinenauslaß 6'· ausgebildeten Mündung 20 des Umgehungskanals 8¹¹ ein Tellerventil 21 zugeordnet ist. Der Teller 22 des Tellerventils 21 ist dabei schräg in die Abgasströmung A der Turbine geneigt, wobei der dem Turbinenrad 2 zugekehrte

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Rand des Tellers 22 in der - in der Zeichnung dargestellten - maximal geöffneten Stellung des Tellerventils 21 etwa bündig mit der Innenwandung 23 des Turbinenauslasses 6¹¹ verläuft. Wie man durch die bei 24 angedeuteten Strömunrs;ifeile des den Um^ehungskanal 8¹¹ verlassenden Abgasstroms erkennt, laßt sich auch mit dem dargestellten Tellaventil 21 eine Strahldüse 9¹¹ verwirklichen, deren Strahlrichtung etwa in Abströmrichtung des die Turbine verlassenden Abgases gerichtet ist. Die in der Strahldüse 9'¹ beschleunigten Abgase saugen auch hier die das Turbinenrad 2 verlassenden Abgase ab, so daß vor der Turbine ein geringerer Druck herrschen kann, ohne daß h£rdurch die Leistung der Abgasturbine insgesamt vermindert wjire. Auch beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 kann, ebenso wie bei den beiden weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispielen, der Düsenquerschnitt völlig verschlossen werden, so da/3 bei vergleichsweise geringer Abgasmenge die Turbine vom dem gesamten Abgas durchströmt wird und trotzdem bereits eine hohe Leistung für den Verdichter abgibt.

Nach dem Grundgedanken der Erfindung ist es auch möglich, die Umgehungsleitung für das abzublasende Abgas unter Bildung einer Strahlpumpe in einen von der Turbine abströmseitig entfernten Abschnitt der Abgasleitung münden zu lassen, da auch auf diese Weise der angestrebte Effekt einer Drucksenkung nach der Turbine erreichbar ist.

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Leerseite

Claims

BAYERISCPiE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT, 8000 München "Turbine eines Abgasturboladers für Brennkraftmaschinen"

Patentansprüche

Λ J Turbine eines Abgasturboladers für Brennkraftmaschinen, mit einem vom Turbineneinlaß zum Turbinenauslaß führenden Umgehungskanal zum regelbaren Abblasen eines Teils des Abgases, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungsleitung (β,β',β¹¹) über eine etwa in Abströmrichtung (A) des die Turbine verlassenden Abgases gerichtete Strahldüse (9,9* _f9") in den Turbinenauslaß (6,6',6") mündet und mit diesem eine Strahlpumpe bildet.
2. Turbine na-h Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüse (9,9^f,9^fl) einen variablen Düsenöffnungsquerschnitt hat.
3. Turbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umgehungskanal (8) über einen den Turbinenauslaß (6) umgebenden Ringkanal (10) und eine im wesentlichen ringförmige Düsenöffnung (11) in den Turbinenauslaß

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mündet und der Düsenöffnungsquerschnitt mittels eines axial im Turbinenauslaß (6) verschiebbaren Ringschiebers (12) veränderbar ist.
4. Turbine nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen seitlich in den Turbinenauslaß (6¹) mündenden Umgehungskanal (8¹), an dessen Mündung eine schräg in die Abgasströmung der Turbine geneigte verstellbare Düsenklappe (15) vorgesehen ist.
5. Turbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer seitlich in dem Turbinenauslaß (6¹¹) vorgesehenen Mündung (20) des Umgehungskanals (8'¹JeLn Tellerventil

(21) zugeordnet ist.
6. Turbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Teller (22) des Tellerventils (21) schräg in diϊ Abgasströmung (A) der Turbine geneigt ist.
7. Turbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Turbinenrad (2) zugekehrte Rand des Tellers

(22) in der maximal geöffneten Stellung des Tellerventils (21) etwa bündig mit der Innenwandung (23) des Turbinenauslasses (6¹¹) verläuft.

ε. Turbine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeiclinet, daß die Umgehungsleitung in einen von der Turbine (2) abströmseitig entfernten Abschnitt der Abgasleitung unter Bildung einer Strahlpumpe mündet.

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