DE2948089A1

DE2948089A1 - Turbolader fuer brennkraftmaschinen, insbesondere mehrflutiger abgasturbolader fuer motoren von kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2948089A1
Application number: DE19792948089
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: 1981-06-04

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader für Brennkraftmaschinen, insbesondere einen mehrflutigen Abgasturbolader für Motoren von Kraftfahrzeugen, mit einem Radial-Turbinenrad und spiralförmig das Turbinenrad im Turbinengehäuse umgebender Abgaszuführung und mit einer Regelvorrichtung zur Sicherung einer möglichst optimalen Turbinenbeaufschlagung bei unterschiedlichen Motorbedingunen, 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 jeweiligen 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

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nach DE-PS 23 18 34-9 wirkt sich bei niedrigen Motordrehzahlen günstig auf das Drehmomentverhalten des Motors aus. Der bekannte Turbolader nach DE-PS 23 18 34-9 arbeitet jedoch im oberen Motordrehzahlbereich 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 Motordrehzahl bereich ein Teil der Abgasmenge abgezweigt und im Bypass an der Turbine vorbei abgeleitet wird. Hierbei besteh^ insbesondere bei mehrflutigen Turbolader^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, und hierbei 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 im Turbinengehäuse ein die spiralförmige Abgaszuführung konzentrisch oder im wesentlichen konzentrisch umgebender Bypass-Kanal vorgesehen ist, und daß am Ende des Bypass-Kanals eine Ventilsteuerung angeordnet ist, zu deren Betätigung die Höhe des Ladedrucks und/oder die Höhe des Abgasdruckes vor

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Hierdurch wird es in einfacher Weise möglich, die zu entnehmende Abgasmenge praktisch ohne Beeinflussung der die Turbine beaufschlagenden "Fluten" an diesen im Bypass vorbeizuleiten. Die Erfindung ermöglicht vorteilhaft ferner die Entnahme der überschüssigen Abgasmenge unmittelbar am Eintrittsbereich des Turbinengehäuses, so daß das vorhandene maximale Druckgefälle z.B. zum Bücktransport der Abgase in das Einlaßsystem des Motors benutzt werden kann.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung, die sich insbesondere für zweiflutige Abgasturbolader mit zwei in Axialrichtung nebeneinanderliegenden spiralförmigen Abgaszuführungskanälen eignet, besteht der die Abgaszuführungskanäle konzentrisch oder im wesentlichen konzentrisch umgebende Eypass-Kanal ebenfalls aus zwei axial nebeneinanderliegenden Teilkanälen, deren Enden gemeinsam durch die Ventilsteuerung steuerbar sind.

Die Ventilsteuerung am Ende des Bypass-Kanals kann zur Ableitung eines Teils der Abgase ins Freie und/oder zur teilweisen Abgasrückführung in das Lufteinlaßsystem des Motors dienen.

Vorzugsweise ist am Ende des Bypass-Kanals parallel zu einer der Abgasableitung ins Freie dienenden ersten Ventilsteuerung eine zweite, vorzugsweise lastabhängige_/Ventilsteuerung für die teilweise Abgasrückführung angeordnet, und der Bypass-Kanal ist an seinem Ende in zwei je zu einem der beiden Ventilsteuerungen führende Teilstränge verzweigt. Diese Ausführungsform ermöglicht vorteilhaft die wahlweise oder gleichzeitige teilweise Ableitung von Abgasmengen ins Freie oder deren Rückführung in das Einlaßsystem des Motors.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 einen zweiflutigen Abgasturbolader für

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Brennkraftmaschinen, im Querschnitt (schematisch) , und

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II in Fig.

Nach Fig. 1 und 2 bezeichnet 10 das schneckenartige Turbinengehäuse eines Abgasturboladers für Kolbenbrennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen. Das schematisch als Kreis dargestellte Turbinenlaufrad des Abgasturboladers ist mit 11 beziffert. Es handelt sich hierbei, wie Fig. 2 verdeutlicht, um eine Radialturbine, bei der der Gasstrom radial in die Schaufeln 12 einströmt (Pfeilrichtung 13) und anschließend in Axialrichtung (Pfeil 14) umgelenkt wird. Die in einem (nicht gezeigten) Lagergehäuse gelagerte Welle des Turbinenrades 11 ist in Fig. mit 15 bezeichnet. Die Drehrichtung des Turbinenlaufrades 11 kennzeichnet in Fig. 1 ein Pfeil 16. Die zur Beaufschlagung der Turbine 11 dienenden Abgase der (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine gelangen vom Auslaßsystem derselben über den mit 17 bezeichneten Eintrittsflansch in das Turbinengehäuse

10 (Pfeilrichtung 18).

Die Abgaszuführung zur Beaufschlagung des Turbinenlaufrades

11 ist, wie Fig. 1 verdeutlicht, spiralförmig ausgebildet und besteht aus zwei in Axialrichtung nebeneinanderliegenden Teilkanälen 19» 20 mit etwa halbmondförmigem Querschnitt (vergl. Fig. 2). Es handelt sich also um einen sogenannten zweiflutigen Abgasturbolader. Es treten hierbei, wie Fig. 2 erkennen läßt, zwei Abgas-Teilströme in das Turbinenlaufrad ein, wodurch sich, insbesondere bei niedrigen Motordrehzahlen, ein besserer Wirkungsgrad des Ladesystems ergibt.

Wie weiterhin aus Fig. 1 hervorgeht, zweigt kurz hinter dem Eintrittsflansch 17 des Turbinengehäuses 10 eine weitere Abgasführung ab, die von den AbgasZuführungskanälen I9, 20

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durch eine spiralige Turbinengehäusewand 21 getrennt ist· Wie Fig. 2 zeigt, handelt es sich bei der zweiten Abgasführung um zwei in Axialrichtung nebeneinanderliegende Teilkanäle 22, 23 mit etwa halbmondförmigem Querschnitt, die insgesamt einen Bypass-Kanal für einen Teil des bei 1? zugeführten Abgases bilden. Fig. 1 läßt erkennen, daß der Bypass-Kanal 22, 23 konzentrisch um die AbgasZuführungen 19» 20 herum angeordnet ist, wobei er die letzteren auf einem Umfangswinkel von ca. 270° umschlingt. Der Bypass-Kanal 22, 23 dient zur Ableitung von überschüssigem Abgas, welches bei bestimmten Motordrehzahlbereichen nicht zur Beaufschlagung der Turbine 11 benötigt wird.

Am Ende des Bypass-Kanals 22, 23 ist ein Ventilgehäuse 24- angeflanscht, welches eine Ventilsteuerung für den Bypass-Kanal 22, 23 enthält. Der Bypass-Kanal 22, 23 ist hier in zwei Teilstränge verzweigt, die jeweils einen Ventilsitz 25 bzw. 26 bilden. Die Ventilsitze 25» 26 wirken jeweils mit einem Ventilteller 27 bzw. 28 zusammen. Durch jedes der Ventile 27 bzw. 28 werden, wie Fig. 2 zeigt, jeweils die beiden Teilkanäle 22, des Bypass-Kanals gemeinsam geschlossen bzw. geöffnet.

Das mit 27 bezeichnete eine Ventil dient zur Ableitung überschüssigen Abgases auf die Niederdruckseite der Turbine 11 und damit ins Freie. Bei der Betätigung des Ventils 27 mittels geeigneter Betatigungselemente, wie z.B. Membran oder Hollbalg, dient als Regelgröße die Höhe des Ladedruckes und/oder die Höhe des Abgasdruckes vor der Turbine. Das andere, mit 28 bezifferte Ventil hat dagegen die Aufgabe, überschüssiges Abgas aus dem Bypass-Kanal 22 , 23 wieder in das Lufteinlaßsystem des Motors zurückzuführen, um dadurch eine Herabminderung der Schadstoffe des schließlich vom Motor ins Freie ausgestoßenen Abgases zu erreichen. Das vorzugsweise lastabhängige gesteuerte Ventil 28 dient also zur Dosierung der Abgasrückführmenge. Bei Motoren ohne Abgasrückführung entfällt selbstverständlich das Ventil 28, so daß lediglich das zur Ableitung überschüssigen Abgases auf die Niederdruckseite der Turbine dienende Ventil 27 verbleibt.

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Wie Fig. 2 zeigt, sind die beiden Teilkanäle 22, 23 des Bypass-Kanals auch im Bereich des Ventils 27 (und dieses gilt auch für das aus Fig. 2 nicht ersichtliche Ventil 28) durch einen Gehäusesteg 29 getrennt. Bei der gezeigten Ausführungsform sitzt der Ventilteller 27 unmittelbar auch auf dem Gehäusesteg 29 auf. Es ist jedoch auch möglich, den Steg 29 gegenüber dem Ventilteller 27 bzw. gegenüber dem Ventilsitz 25 ein wenig zurückzusetzen, so daß bei geschlossenem Ventil 27 ein die beiden Teilkanäle 22, 23 verbindender schmaler Spalt entsteht. Durch diesen schmalen Spalt wird indessen die Zweiflutigkeit des Bypass-Kanals 22, 23 nicht merkbar gestört. Andererseits bietet dieser geringe Spalt jedoch den wesentlichen Vorteil, daß durch die dort vorhandene Pulsation eines minimalen Massenstroms zwischen den beiden Teilkanälen 22, 23 der Trennsteg 29 ablagerungsfrei gehalten wird.

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Leerseite

Claims

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 12 kh6/k

Stuttgart-Untertürklieim 26.Nov. 1979

Turbolader für Brennkraftmaschinen, insbesondere mehrflutiger Abgasturbolader für Motoren von Kraftfahrzeugen

Ansprüche

( Λ J Turbolader für Brennkraftmaschinen, insbesondere mehrflutiger Abgasturbolader für Motoren von Kraftfahrzeugen, mit einem Radial-Turbinenrad und spiralförmig das Turbinenrad im Turbinengehäuse umgebender Abgaszuführung 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,

dadurch gekennzeichnet, daß im Turbinengehäuse (10) ein die spiralförmige Abgaszuführung (19, 20) konzentrisch oder im wesentlichen konzentrisch umgebender Bypass-Kanal (22, 23) vorgesehen ist, und daß am Ende des Bypass-Kanals eine Ventilsteuerung (27, 28) angeordnet ist, zu deren Betätigung die Höhe des Ladedruckes und/oder die „ Höhe des Abgasdruckes vor der Turbine dient.

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ORIGINAL INSPECTED

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2. Turbolader nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass-Kanal (22, 23) unmittelbar hinter dem Abgas-Eintrittsflansch (17) des Turbinengehäuses (10) von der Abgaszuführung (19» 20) abzweigt und die Abgaszuführung auf einem möglichst großen Teil ihres Umfangs, vorzugsweise sich erstreckend über einen Umfangsi

umgibt.

Umfangswinkel des Turbinengehäuses von mindestens 270 ,
3. Turbolader nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere zweiflutiger Abgasturbolader mit zwei in Axialrichtung nebeneinanderliegenden spiralförmigen Abgaszuführungskanälen,

dadurch gekennzeichnet, daß der die Abgaszuführungskanäle (19» 20) konzentrisch oder im wesentlichen konzentrisch umgebende Bypass-Kanal ebenfalls aus zwei axial nebeneinanderliegenden Teilkanälen (22, 23) besteht, deren Enden gemeinsam durch die Ventilsteuerung (27 bzw. 28) steuerbar sind.
4. Turbolader nach Anspruch 1, 2 oder 3»

dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsteuerung (27» 28) am Ende des Bypass-Kanals (22, 23) zur Ableitung eines Teils der Abgase ins Freie und/oder zur teilweisen Abgasrückführung in das Lufteinlaßsystem des Motors dient.
5. Turbolader nach Anspruch 4-,

dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Bypass-Kanals (22, 23) parallel zu einer der Abgasableitung ins Freie dienenden ersten Ventilsteuerung (27) eine zweite, vorzugsweise lastabhängig betätigte Ventilsteuerung (28) für die teilweise Abgasrückführung angeordnet ist und daß der Bypass-Kanal an seinem Ende in zwei je zu einem der beiden Ventilsteuerungen führende Teilstränge verzweigt ist.

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6. Turbolader nach Anspruch 3, 4- oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Teilkanäle (22, 23) des Bypass-Kanals im Bereich der Ventilsteuerung (27 bzw. 28) unterteilende Gehäusesteg (29) gegenüber dem Ventilteller (z.B. 27) um einen geringen Betrag zurückgesetzt ist, derart, daß ein schmaler Verbindungsspalt zwischen den Teilkanälen (22, 23) entsteht.

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