DE3237897A1

DE3237897A1 - Turbolader

Info

Publication number: DE3237897A1
Application number: DE19823237897
Authority: DE
Inventors: Maurice Chiswick London Mistovski
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1981-10-27
Filing date: 1982-10-13
Publication date: 1983-05-05
Also published as: ES516770A0; FR2515262A1; JPS5882020A; IT8223759A0; ES8401183A1; IT1153254B

Description

Bezeichnung: Turbolader

Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader für einen Brennkraftmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Turbolader wird für einen Brennkraftmotor so konstruiert und bemessen, daß er dem Einlaß des zugehörigen Motors einen möglichst hohen Ladedruck bei geringen Motordrehzahlen und Lasten liefern kann, so daß die günstige Auswirkung des Turboladers sich auf einen möglichst großen Drehzahlbereich erstreckt. Dies führt jedoch zu einem Überdruck bei hohen Drehzahlen des Motors und Lasten. Um hierbei die Gefahr einer Beschädigung des Motors zu verringern, ist es bekannt, unterschiedliche Arten von Ventilen vorzusehen, die so betätigt werden, daß das Maß der Druckbeaufschlagung kontrolliert wird. Hierzu-sind unterschiedliche Ventile bekannt, beispielsweise Drosselventile am Einlaß oder am Auslaß des Kompressors, Bypassventile zwischen dem Einlaß und Auslaß des Kompressors, Drosselventile am Auslaß der Turbine und ein dem Einlaß der Turbine vorgeschalteter Nebenauslaß ins Freie. Diese bekannten Vorrichtungen und Anordnungen haben aber den Nachteil, daß sie eine beträchtliche Drosselung und/oder einen beträchtlichen Energieverlust bewirken, was zu einem höheren Brennstoffverbrauch des Motors führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Regelanordnungen für einen Turbolader zu vermeiden und einen Turbolader der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß der Druck am Auslaß des Kompressors mit einem minimalen Verlust an Energie geregelt werden kann.

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Diese Aufgabe wird bei einem Turbolader der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß er eine zusätzliche Turbine und eine den Einlaß dieser zusätzlichen Turbine mit dem Auslaß der Kompressors verbindende Leitung aufweist und dadurch, daß diese zusätzliche Turbine mechanisch mit der ersten Turbine und dem Kompressor oder einem sich drehenden, dem Motor zugeordneten Teil gekoppelt ist.

Weitere Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Turboladers beschrieben und unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einem Turbolader und einem Motor, und

Fig. 2, 3

und 4 Diagramme für verschiedene Arbeitsparameter der Anordnung.

Figur 1 zeigt einen Abgasturbolader mit einer Radialturbine 10, die in einem Gehäuse untergebracht ist, das einen mit einem Auslaß 11 eines Motors 12 verbundenen Einlaß hat. Der Motor 12 ist ein Otto-Motor. Das Gehäuse der Turbine 10 hat einen Auslaß 13 für den Anschluß an ein Auspuffsystem des Motors 12.

Daneben ist ein Hauptkompressor 14 vorgesehen, der in dem Gehäuse angeordnet ist und einen Einlaß 15 sowie einen Auslaß aufweist, der mit einem Einlaß 16 für Luft des Motors 12 verbunden ist. Der Kompressor 14 ist ein Radialkompressor und ist mittels einer Welle 17 mit der Turbine 10 ver-

bunden. Der bislang beschriebene Turboabgaslader ist bekannt, er ist mit einer Brennkraftmaschine (Otto-Motor) verbunden. Wenn die Last und die Drehzahl des Motors 12 ansteigen, treiben die den Motor 12 verlassenden Auspuffgase die Turbine 10, wodurch die dem Einlaß 16 des Motors 12 zugeführte Luft verdichtet wird. Dabei wird die von der Maschine abgegebene Leistung erhöht.

Um den Luftdruck im Einlaß 16 des Motors 12 zu regeln und in Übereinstimmung mit der Erfindung ist eine zusätzliche Turbine 18 vorgesehen, die auf der Welle 17 angeordnet ist. Sie hat einen Einlaß, der mit einer Leitung 19 verbunden ist, deren anderes Ende an den Auslaß des Kompressors 14 angeschlossen ist. In dieser Leitung 19 ist ein Ventil 20 vorgesehen, das so betätigt werden kann, daß der Luftfluß durch die Leitung 19 in die zusätzliche Turbine 18 geregelt werden kann. Der Auslaß dieser Turbine 18 ist mittels einer zweiten Leitung 21 an den Einlaß 15 des Kompressors 14 angeschlossen. Vorteilhafterweise kann die zweite Leitung 21 an einen Diffusorring, wie er mit 22 in Figur 1 angedeutet ist, angeschlossen werden, dieser hat eine Vielzahl von Auslassen.

In Figur 2 ist die Abhängigkeit des Ausgangsdruckes des Kompressors 14 von der Drehzahl N des Motors dargestellt. Mit ausgezogener Linie ist der Ausgangsdruck des Kompressors 14 ohne zusätzliche Turbine 18 gezeigt. Daraus ist ersichtlich, daß der Druck mit zunehmender Drehzahl steigt. Motore, die eine Druckregelung benötigen, müssen eine der oben beschriebenen Ventilanordnungen haben. Gestrichelt ist in Figur 2 eine Druckregelung eingezeichnet, die durch Öffnen des Ventils 20 erreicht werden kann. Dabei strömt Luft vom Auslaß des Kompressors 14 und treibt die zusätzliche Turbine 18 auf ihrem Rückweg in den Einlaß 15 des Kompressors 14.

Figur 3 zeigt die Änderung des Drucks am Einlaß der Turbine 10 in Abhängigkeit von der Motordrehzahl sowohl für das herkömmliche System (obere Kurve) als auch für die erfindungsgemäße Anordnung (mittlere Kurve). Ebenso ist in Figur 3 als untere Kurve der benötigte Ausgangsdruck des Kompressors dargestellt. Hieraus ist ersichtlich, daß der Druck am Einlaß bei dem bekannten Abgasturbolader stärker mit der Drehzahl ansteigt als es zu beobachten ist, wenn eine zusätzliche Turbine 18 vorgesehen wird. Der schraffierte Bereich zwischen den Kurven für die Auspuffdrucke' gibt ein Maß für die Energieeinsparung. Figur 4 zeigt den spezifischen Kraftstoffverbrauch einer Motoranor^dnung, wiederum wird durch den gestrichelten Bereich die Energieeinsparung gegeben, die durch das beschrieben Bypass-System erreicht wird.

Wie beschrieben ist die zusätzliche Turbine 18 mit der Welle 17 verbunden, die die Turbine 10 und den Kompressor 14 verbindet. Die Turbine 18 kann jedoch auch mit einem drehenden Teil des Motors 12 verbunden sein, so daß die von der vom Ausgang des Kompressors kommenden Luft gewonnene Energie dem Motor 12 selbst oder einem Hilfsaggregat, wie zum Beispiel einem Generator, zugeführt werden kann.

Die soeben beschriebene Konstruktion benötigt nur geringe Änderungen an bekannten Abgasturboladern. Die zusätzliche Turbine 18 kann auf der entgegengesetzten Seite der rückwärtigen Platte des Kompressors 14 angeordnet sein. Die beschriebene Regelung ermöglicht es, eine kleinere Turbine 10 und einen kleineren Kompressor 14 zu verwenden, als normalerweise notwendig wäre. Dies führt zu einer Gewichtseinsparung und insbesondere zu einer Verringerung des Trägheitmomentes der sich drehenden Teile. Dadurch kann der Abgasturbolader bei Beschleunigungen des Motors 12 wesentlich schneller ansprechen. In vielen Anordnungen mit Turboladern

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ist es notwendig, einen Zwischenkühler vorzusehen, um die vom Auslaß des.Kompressors 14 dem Einlaß 16 des Motors 12 zugeführte Luft zu kühlen. Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung besteht eine geringere Notwendigkeit, einen Zwischenkühler vorzusehen, die Regelung des Druckes der Luft, die dem Motor 12 zugeführt wird, erfolgt ohne einen Nebenauslaß ins Freie.

Der beschriebene Abgasturbolader kann mit einem Benzin^ oder Gasmotor verwendet werden, wobei der Motor in konventioneller Weise einen Vergaser hat oder aber ein Einspritzsystem für den Brennstoff aufweist.

Leerseite

Claims

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Troisdorf den 06. Oktober 1982

Anmelder: Lucas Industries p.l.c, Great King Street, Birmingham, Bl8 2XF, England

Bezeichnung: Turbolader

Ansprüche

Turbolader für einen Brennkraftmotor (Otto-Motor) mit einer von den Auspuffgasen des zugeordneten Motors antreibbaren Turbine und mit einem von dieser Turbine antreibbaren Kompressor, der im Arbeitszustand mit dem Einlaß des Motors verbindbar ist und dabei das einzulassende Medium des Motors verdichtet, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Turbine (18), durch eine den Einlaß dieser zusätzlichen Turbine (18) mit dem Auslaß des Kompressors (14) verbindenden Leitung (19) und dadurch, daß diese zusätzliche Turbine (18) mechanisch mit der ersten Turbine (10) und dem Kompressor (14) oder einem sich drehenden, dem Motor (12) zugeordneten Teil gekoppelt ist.
2. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß der zusätzlichen Turbine (18) mit dem Einlaß (15) des Kompressors (14) verbunden ist (zweite Leitung 21)*
3. Turbolader nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Diffusorring (22), durch den die den Auslaß der zusätzlichen Turbine (18) verlassende Luft in den Einlaß (15) des Kompressors (14) strömt.
4. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine beliebige Kombination oder Anordnung der in der Beschreibung und der Zeichnung angegebenen Teile.

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