DE2948061A1

DE2948061A1 - Turbolader fuer brennkraftmaschinen, insbesondere mehrflutiger abgasturbolader fuer motoren von kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2948061A1
Application number: DE19792948061
Authority: DE
Inventors: Peter 7056 Weinstadt Moser
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1979-11-29
Filing date: 1979-11-29
Publication date: 1981-07-02

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader für Brenn-
kraftmaschinen, insbesondere einen mehrflutigen Abgasturbolader für Motoren von Kraftfahrzeugen, mit einem Radial-Turbinenrad, das in einem Lagergehäuse gelagert und von einem separaten Turbinengehäuse umgeben ist, mit spiralförmig das Turbinenrad im Turbinengehäuse umgebender Abgas zu führung und mit einer Regelvorrichtung zur Sicherung einer möglichst optimalen Turbinenbeaufschlagung bei unterschiedlichen Motorbedingungen, wobei im Falle hoher Motorlast eine Teilmenge des an sich zur Beaufschlagung der Turbine vorgesehenen Abgases im Bypass am Turbinenrad vorbei abgeleitet wird.
Zur Steigerung der Leistung von Kolbenbrennkraftmaschinen, insbesondere Fahrzeugmotoren, werden zunehmend Abgasturbolader verwendet. Da Fahrzeugmotoren ein breites Betriebsdrehzahlspektrum aufweisen müssen, können nach dem heutigen Stand der Technik nur geregelte Aufladesysteme zur Anwendung kommen, um einen möglichst hohen und gleichmäßigen Drehmomentverlauf zu erzielen. Bewährt hat sich hierbei die sogenannte mehrflutige Stoßaufladung, insbesondere mittels zweiflutigem Turbinenspiralgehäuse, wobei zwei "Fluten" (d.h. zwei separate Abgasströme) in ein gemeinsames Turbinenlaufrad münden.
Durch die DE-PS 23 18 349 ist ein Abgasturbolader für Brennkraftmaschinen bekanntgeworden, bei dem die Regelung der Abgaszuführung zur Laderturbine in Abhängigkeit von der åeweiligen Motordrehzahl durch Querschnittsveränderung der spiralförmigen Abgaszuführung mittels eines flexiblen Bandes erfolgt, welches im Abgaszuführungskanal verstellbar angeordnet ist.
Bei dem bekannten Regelsystem kann durch entsprechende Verstellung des flexiblen Bandes der Querschnitt des spiralförmigen Abgaszuführungskanals in zwei separate Teilquerschnitte unterteilt werden, was nach dem oben Gesagten die Umwandlung in ein zweiflutiges System bedeutet.
Diese bedarfsweise Unterteilung des Abgaszuführungskanals nach DE-PS 23 18 349 wirkt sich bei niedrigen Motordrehzahlen gunstig auf das Drehmomentverhalten des Motors aus. Der bekannte Turbolader nach DE-PS 23 18 349 arbeitet jedoch im oberen otordrehzahlbereich nicht optimal, weil hier unter Umständen die der Turbine zugeführte Abgasmenge zu groß ist und somit eine zu starke Aufladung des Motors erfolgen kann.
Durch die DE-OS 21 54 726 ist es ferner bekannt, eine Regelung der die Laderturbine beaufschlagenden Abgasmenge dadurch vorzunehmen, daß im hohen Motordrehzahlbereich ein Teil der Abgasmenge abgezweigt und im Bypass an der Turbine vorbei abgeleitet wird. Hierbei besteht insbesondere bei mehrflutigen Turboladern die Gefahr, daß es zu einer nachteiligen Beeinflussung der zur Beaufschlagung der Turbine vorgesehenen Abgasströme durch die abgezweigte Abgasmenge kommt, wodurch die angestrebte Stoßaufladung beeinträchtigt werden kann. Dies ist vornehmlich dann der Fall, wenn die abgezweigte Abgasmenge zwecks Verringerung der Schadstoffe im Abgas wieder in das Einlaßsystem des Motors rückgeführt werden soll.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Abgasturbolader der eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß in allen Motordrehzahlbereichen eine einwandfreie Regelung des Aufladesystems gewährleistet ist, wobei gleichzeitig eventuelle Beeinträchtigungen der die Turbine beaufschlagenden Abgasströme durch an der Turbine vorbeigeleitete Abgasmengen minimiert werden.
Durch die Erfindung wird das Problem im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Entnahmekanal zur teilweisen Ableitung des Abgases auf der dem Lagergehäuse abgewandten Seite des Turbinengehäuses in diesem angeordnet ist.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, daß es hierdurch möglich wird, auf kürzestem Wege die Bypass-Menge über eine Dosiereinrichtung, z.B. ein Ventil, zur Niederdruckseite der Turbine zu befördern, ohne die spiralförmigen Abgaszuführungskanäle umgehen zu müssen. Gleichzeitig wird vorteilhaft eine thermische Belastung des Lagergehäuses der Turbine, der Lager selbst und des Lagerschmierstoffes vermieden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 einen zweiflutigen Abgasturbolader für Brennkraftmaschinen, im Längsschnitt, und Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1.
In der Zeichnung bezeichnet 10 einen als Radial-Turbinenrad ausgebildeten Läufer (Turbinenrad) eines Abgasturboladers. Das Turbinenrad 10 ist mittels einer Welle 11 bei 12, 13 in einem Lagergehäuse 14 gelagert. Die Schmierung der Lagerstellen 12, 13 erfolgt durch Kanäle 15 - 18 in dem Lagergehäuse 14. Das Turbinenlaufrad 10 wird von dem eigentlichen Turbinengehäuse 19 umgeben, welches mittels eines z.B. bei 20 auf dasselbe aufgeschraubten Flansches 21 mit dem Lagergehäuse 14 verbunden ist. An der Niederdruckseite des Turbinenrades 10 schließt sich an das Turbinengehäuse 19 ein Ventilgehäuse 22 und an dieses wiederum ein Abgasstutzen 23 an, welcher letztere zur endgültigen Ableitung der durch die Turbine 10 hindurchgeströmten Abgase ins Freie dient.
Wie Fig. 2 zeigt, ist das Turbinengehäuse 19 durch einen Flansch 24 an das nicht gezeigte Auslaßsystem des Motors angeschlossen. Ausgehend vom Eintrittsflansch 24, ist eine spiralförmige Abgaszuführung vorgesehen, die sich - wie aus Fig. 1 ersichtlich ist - in zwei axial nebeneinanderliegende Teilkanäle 25, 26 aufteilt. Bei der gezeigten Ausführungsform handelt es sich also um einen zweiflutigen Abgasturbolader.
Der Abgasstrom gelangt aus dem (nicht gezeigten) Auslaßsystem des Motors in Pfeilrichtung 42 in die Abgaszuführung 25, 26.
Aus den beiden spiralförmigen Teilkanälen 25, 26 der Abgaszuführung tritt der Gasstrom radial in die Schaufeln 32 ein (Pfeilrichtung 31, 32) und wird anschließend in Axialrichtung (Pfeile 34) umgelenkt.
Für die Regelung des Abgasturboladers ist ein einflutiger Bypass-Kanal 27 vorgesehen. Dieser ist in Axialrichtung hinter den Teilkanälen 25, 26 der Abgaszuführung angeordnet.
Als besonders wesentlich ist hierbei die Tatsache anzusehen, daß der Bypass-Kanal 27, der durch einen ringförmigen, konzentrisch zur Turbinenachse 43 liegenden Durchtrittsschlitz 28 im Turbinengehäuse 19 ständig mit der Abgaszuführung 25, 26 in Verbindung steht, an der jenigen Seite des Turbinengehäuses 19 liegt, die dem Lagergehäuse 14 abgewandt ist.
Hierdurch wird eine thermische Belastung des Lagergehäuses 14, der Lager 12 und 13 sowie des Lagerschmierstoffes durch die entnommenen Abgase innerhalb des Bypass-Kanals 27 vorteilhaft vermieden. Fig. 1 macht deutlich, daß der ringförmige Durchtrittsschlitz 28 zu dem Bypass-Kanal 27 im Turbinengehäuse 19 axial unmittelbar hinter dem Abgaseintritt 31 bzw. 32 in das Turbinenrad 10 liegt, wobei der mit D1 bezeichnete Innendurchmesser des Durchtrittsschlitzes 28 dem Außendurchmesser des Turbinenrades 10 entspricht. Der Aussendurchmesser des Durchtrittsschlitzes ist mit D2 beziffert.
Durch die Anordnung und Ausbildung des Bypass-Kanales 27 bei der gezeigten Ausführungsform ist es in vorteilhafter Weise gelungen, die hier als Ventil dargestellt und mit 29 bezeichnet ist, zur Niederdruckseite der Turbine, d.h. in die Gehäuseteile 22 und 23, zu befördern, ohne daß hierbei eine Umgehung der zum Turbinenrad 10 führenden Abgaszuführung 25, 26 erforderlich wäre.
Das Ventil 29 welches durch die Höhe des Ladeluftdruckes und/ oder die Höhe des Abgasdruckes vor der Turbine gesteuert ist, kooperiert mit einem Ventilsitz 30, der durch das Turbinengehäuse 19 gebildet wird und hierbei unmittelbar in der Trennebene zwischen Turbinengehäuse 19 und Ventilgehäuse 22 liegt. Wie insbesondere Fig. 2 verdeutlicht, erweitert sich der Bypass-Kanal in Strömungsrichtung (Pfeil 35) stetig, während sich die spiralförmigen Teilkanäle 25, 26 zugleich entsprechend stetig verengen. Der Bypass-Kanal 27 endet schließlich in einer in dem Turbinengehäuseflansch 36 eingearbeiteten Ventilbohrung 37, deren oberer Rand den bereits erwähnten Ventilsitz 30 bildet. Der Turbinengehäuseflansch 36 besitzt, wie Fig. 2 desweiteren zeigt, vier Verbindungsstellen 38 - 41 zur Befestigung des Ventilgehäuses 22.
Selbstverständlich ist es - abweichend von der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform - auch möglich, alternativ oder zusätzlich ein Ventil vorzusehen, welches eine dosierte Rückführung entnommener Abgasmengen in das Einlaßsystem des Motors ermöglicht.

Claims

Turbolader für Brennkraftmaschinen, insbesondere mehrflutiger Abgasturbolader für Motoren von Kraftfahrzeugen Ansprüche Turbolader für Brennkraftmaschinen, insbesondere mehrflutiger Abgasturbolader für Motoren von Kraftfahrzeugen, mit einem Radial-Turbinenrad, das in einem Lagergehäuse gelagert und von einem separaten Turbinengehäuse umgeben ist, mit spiralförmig das Turbinenrad im Turbinengehäuse umgebender Abgas zuführung und mit einer Regelvorrichtung zur Sicherung einer möglichst optimalen Turbinenbeaufschlagung bei unterschiedlichen otorbedingungen, wobei im Falle hoher Motorlast eine Teilmenge des an sich zur Beaufschlagung der Turbine vorgesehenen Abgases im Bypass am Turbinenrad vorbei abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass-Kanal (27) zur teilweisen Ableitung des Abgases auf der dem Lagergehäuse (14) abgewandten Seite des Turbinengehäuses (19) in diesem angeordnet ist.
2. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass-Kanal (27) durch einen konzentrisch zur Turbinenachse liegenden ringförmigen Durchtrittsschlitz (28) im Turbinengehäuse (19) mit der spiralförmigen Abgaszuführung (25, 26) verbunden ist.
3. Zweiflutiger Turbolader nach Anspruch 1 oder 2, mit zwei in Axialrichtung nebeneinanderliegenden spiralförmigen Abgaszuführungskanälen, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Durchtrittsschlitz (28) zu dem Bypass-Kanal (27) im Turbinengehäuse (19) axial unmittelbar hinter dem Abgaseintritt (31 bzw.

32) in das Turbinenrad (10) liegt und daß der Innendurchmesser (D1) des Durchtrittsschlitzes (28) etwa dem Außendurchmesser des Turbinenrades (10) entspricht.
4. Turbolader nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass-Kanal (27) einflutig ausgebildet ist und Spiralform oder annähernd Spiralform aufweist.
5. Turbolder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt des Bypass-Kanals (27) in Strömungsrichtung (35) stetig erweitert.
6. Turbolader nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Bypass-Kanals eine - vorzugsweise als Ventil ausgebildete - motordrehzahlabhängig gesteuerte Dosiereinrichtung (29) zur Ableitung der entnommenen Abgasmenge auf die Niederdruckseite des Turbinenrades (10) und/oder zur Rückführung der entnommenen Abgasmenge in das Lufteinlaßsystem des Motors angeordnet ist.
7. Turbolader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß axial an das Turbinengehäuse (19) ein Ventil gehäuse (22) angeflanscht ist und das Turbinengehäuse (19) im Bereich der Flanschverbindung mit dem Ventilgehäuse (22) eine Ventilbohrung (37) aufweist, deren dem Ventil (19) zugewandter Rand (30) als Ventilsitz dient.