DE3151414A1

DE3151414A1 - "radialturbine"

Info

Publication number: DE3151414A1
Application number: DE19813151414
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Dipl.Ing. 7142 Marbach Mayer
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1981-12-24
Filing date: 1981-12-24
Publication date: 1983-05-11

Description

"Radialturbine"
Die Erfindung bezieht alch auf eine Radialturbine mit einem axial schiebbaren Leitgitter. Bei einer bekannten derartigen Radialturbine (DE-PS 10 34 192) weist sowohl das Turbinenrad als auch der diesem vorgeordnete Ringraum eine axial schiebbare Seitenwand auf, mit der der Strömungsquerschnitt zur Leistungsregelung verändert worden kann. Dabei ist an der einen Seitenwand ein starres Leitgitter befestigt, das bei Querschnittsänderungen des Ringraumes mehr oder weniger tief in entsprechende Ausnehmungen der gegenüberliegenden Seitenwand eintaucht.
Das ständig in der Strömung liegende starre Leitgitter läßt bei dieser Ausführung das Strömungsmittel stets unter dem gleichon Eintrittswinkel in daa Turbinonrd einströmen. Bi bestimmten Betriebszuständen, zum Beispiel beim Beschleunigen der Turbine, kann jedoch ein abweichender Einströmwinkel erwünscht sein. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radialturbine zu schaffen, deren axial schiebbares Leitgitter zwei verschiedene Einströmwinkel in das Turbinenrad ermöglicht.
Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß das Leitgitter in zwei Stellungen schiebbar ist, und zwar in eine erste Stellung, in der das Leitgitter den Ringraum, der das Turbinenrad an dessen Umfang umgibt, 90 durchsetzt, daß seine inneren Seitenflächen an der Innenwand des Ringraumes anliegen, und in eine zweite Stellung, in der das Leitgitter in eine an den Ringraum seitlich angrenzende Ringkammer so eingetaucht ist, daß seine inneren Seitenflächen bündige Wandteile der Innenwand des Ringraumes bilden. Diese Ausfiihrung ermöglicht es, im normalen Betrieb der Turbine das Leitgitter völlig aus dem Ringraum zu ziehen, wobei ein günstiger Einströmwinkel des Strömungsmittels - ohne Störung der Strömung durch das nicht benötigt Leitgitter allein durch die Gestalt des Turbinengehäuses erreicht wird.
Dagegen kann beispielsweise beim Beschleunigen der Turbine das Leitgitter in den Ringraum geschoben werden, wobei die Leitschaufeln den Einströmwinkel so verändern, daß das Strömungsmittel das Turbinenrad mehr tangential beaufschlagt. Beide Maßnahmen führen zu einer Wirkungsgradverbesserung der Radialturbine.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Leitgitter im Turbinengehäuse mit Hilfe von Bolzen geführt, die an einem an den äußeren Seitenflächen des Leitgitters angeordneten Tragring parallel zur Turbinenachse befestigt sind. Diese Anordnung ergibt eine genaue Führung des Leitgitters, die sich billig herstellen und einfach in das Turbinengehäuse einbauen läßt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Beschreibung angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Längsmitelschnitt durch eine Radialturbine und Fig. 2 einen Abschnitt dieser Radialturbine mit einer anderen Stellung des Leitgitters.
Die dargestellte Radialturbine ist Bestandteil eines Abgasturboladers einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine. Sie besteht im wesentlichen aus einem Turbinenrad 11 radialer Bauart, das mit einer Läuferwelle 12 im Turbinengehäuse 13 gelagert ist. Das Turbinenrad 11 ist mit dem einen Ende der Läuferwelle 112 durch Schweißen verbunden. An anderen Ende der Läuferwelle 12 ist das nicht dargestellte Verdichterrad des Turboladers befestigt.
Das Turbinengahäuse 13 bildet mit seiner Innenwand 14 einen spiralförmigen Einlauf 15, der radial einwärts in einen Ringraum 16 übergeht, der das Turbinenrad 11 an dessen Umfang umgibt.
Der Ringraum 16 wird seitlich durch Wandteile 17 und 18 begrenzt, die in Querebenen zur Turbinenachse 19 liegen. Axial hinter dem Turbinenrad 11 schließt sich der Auslaßkanal 20 der Radialturbine an, der von einem ringförmigen Wandteil 21 des Turbinengehäuses 13 gebildet wird.
Seitlich neben dem Ringraum 16 ist eine Ringkammer 22 angeordnet, die aer Aufnahme eines Leitgitters 23 dient. Die Ringkammer 22 wird von den Wandteilen 17 und 21 sowie von einem weiteren ringförmigen Wandteil 24 gebildet. Ein am Turbinengehäuse 13 befestigter Ring 25 begrenzt die Ringkammer 22 nach außen. Das Leitgitter 23 besteht aus Leitschaufeln 26 mit inneren und äußeren Seitenflächen 27 bzw. 28. Mit ihren äußeren Seitenflächen 28 sind die Leitschaufeln 26 auf einem Tragring 29 befestigt.
Die Leitschaufeln 26 sind mit geringem Spiel durch ihrem Profil entsprechende Öffnungen 30 in Wandteil 17 geführt. Am Tragring 29 sind parallel zur Turbinenachse 19 Führungsbolzen 31 angeordnet, die durch Bohrungen 32 im Ring 25 geführt und in diesem verhältnismäßig kalten Außenbereich abgedichtet sind.
Ein Bund 33 dient den FUhrungsbolzen 31 als Anschlag am Ring 25.
Koaxial zu den Führungsbolzen 31 sind äm Ring 25 Stellzylinder 34 angeordnet. In jedem Stellzylinder 34 ist ein Stellkolben 35 untergebracht, der mit dem in den Stellzylinder 34 ragenden Führungsbolzen 31 verbunden ist, der damit gleichzeitig als Kolbenstange arbeitet. Eine als Druckfeder wirkende Schraubenfeder 36 ist zwischen dem Ring 25 und der Unterseite 37 des Stellkolbens 35 angeordnet. Die Stirnseite 38 des Stellkolbens 35 begrenzt den Arbeitsraum 39 des Stellzylinders 34, an dessen Stirnwand 40 eine Leitung 41 für die Zufuhr eines Druckmittels angeschlossen ist. Die Leitungen 41 der einzelnen Stellzylinder 34 sind zu einer nicht dargestellten Hauptleitung zusammengeführt, die über einen Steuerschieber mit einer Druckmittelquelle, beispielsweise einem Druckluftbehälter, verbunden ist.
In der in Fig. 1 dargestellten Stellung des Leitgitters 23 ist der Arbeitsraum 39 Jedes Stellzylinders 34 drucklos. Dadurch kann die Schraubenfeder 36 den Stellkolben 35 in seine äußere Endstellung drücken, in der der Bund 33 des Führungsbolzens 31 am Ring 25 anliegt. Das mit dem Führungsbolzen 31 verbundene Leitgitter 23 ist dann soweit in die Ringkammer 22 eingetaucht, daß die inneren Seitenflächen 27 der Leitschaufeln 26 bündig mit dem den Ringraum 16 begrenzenden Wandteil 17 abschließen und damit selbst einen Teil der Innenwand 14 des Turbinengehäusec 13 bilden.
In der in Fig. 2 gezeigten Stellung des Leitgitters 23 wird dem Arbeitsraum 39 jedes Stellzylinders 34 durch die Leitung 41 ein Druckmittel zugeführt, das den Stellkolben 35 beaufschlagt und diesen entgegen dem Druck der Schraubenfeder 36 einwärts bewegt. Damit wird über den Führungsbolzen 31 das Leitgitter 23 aus der Ringkammer 22 in seine Betriebsstellung geschoben, in der die Leitschaufeln 26 den Ringraum 16 durchsetzen und mit ihren inneren Seitenflächen 27 unter Druck am Wandteil 18 anliegen.
Im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine wird die Radialturbine des Abgasturboladers, wie in Fig. 1 dargestellt, ohne Leitgitter 23 betrieben. Beim Beschleunigen wird das Leitgitter 23 entsprechend Fig0 2 in den Ringraum 16 eingofahren. Die damit verbundene mehr tangentiale Zuströmung der Agbase zum Turbinenrad 11 erhöht dessen Drehmoment. Dies führt weiter zu einem rascheren Ansprechen und Hochlaufon des Abgasturbolad.rs.
Neben dem besseren Beschleunigungsverhalten wird durch die mit einfachen Mitteln erreichte Änderung des Eintrittswinkels insgesamt auch ein besserer Wirungsgrad der Radialturbine im unteren Teillastberelch der Brennkraftmaschine erzielt.
Leerseite

Claims

Ansprüche 1. Radialturbine mit einem axial schiebbaren Leitgitter, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Leitgitter (23) in zwei Stellungen schiebbar ist, und zwar in eine erste Stellung, in der das Leitgitter (23) den Ringraum (16), der das Turbinenrad (11) an dessen Umfang umgibt, so durchsetzt, daß seine inneren Seitenflächen (27) an der Innenwand (18) des Ringraumes (16) anliegen, und in eine zweite Stellung in der das Leitgitter (23) in eine an den Ringraum (16) seitlich angrenzende Ringkammer (22) so eingetaucht ist, daß seine inneren Seitenflächen (27) bündige Wandteile der Innenwand (17) des Ringraumes (16) bilden.

2o Radialturbine nach Anspruch 1, , d a d u r zu c z g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Leitgitter (23) im Turbinengehäuse (13) mit Hilfe von Bolzen (31) geführt ist, die an einem an den äußeren Seitenflächen (28) des Leitgitters (23) angeordneten Tragring (29) parallel zur Turbinenachse (19) befestigt sind.

3. Radialturbine nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h mindestens einen mit dem Leitgitter (23) in Verbindung stehenden, in einem Stellzylinder (34) angeordneten Stellkolben (35), auf dessen Unterseite (37) eine Druckfoder (36) inwirkt und dessen Stirnseite (38 von einem Druckmittel beaufschlagbar ist.