DE3312259C2 - Spiralgehäuse für das radial beaufschlagte Turbinenlaufrad eines Abgasturboladers - Google Patents

Abstract

Der Abgasturbolader für einen Verbrennungsmotor hat ein Turbinengehäuse (2), das in dem Motorraum auf verschiedenerlei Weise befestigt werden kann. Die Ausbildung des Turbinengehäuses (2) gestattet das Hindurchströmen von Abgas durch das Innere des Turbinengehäuses und insbesondere über die Ausdehnung von dessen innerer Schnecke (4), wobei das Abgas von maximalen Turbinenbetriebswirkungsgrad erzielen läßt, bevor das antreibende Gas über einen Abgasnebenauslaß am zu dem Eintritt des Turbinengehäuses entgegengesetzten Ende (22) austritt. Die Abgase können auch von einem Punkt zwischen dem Eingang und dem Ende (22) der inneren Schnecke (4) aus umgeleitet werden. Die Abgasgeschwindigkeit in dem Turbinengehäuse (2) und insbesondere in dessen innerer Schnecke (4) ist in dem Bereich maximalen Wirkungsgrades während des Triebwerksbetriebs und des Ableitens von nicht benötigtem Abgas hoch, wodurch der Turbinengegendruck auf den Verbrennungsmotor im Vergleich zu dem Druck verringert wird, der aufgebaut würde, wenn das antreibende Gas abgeleitet oder umgeleitet würde, bevor es in das Turbinengehäuse und insbesondere in dessen innere Schnecke eintritt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Spiralgehäuse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Motorabgase werden in das Spiralgehäuse geleitet, um das Turbinenlaufrad anzutreiben, das seinerseits das Verdicbterlaufrad in Drehung versetzt, welches Umgebungsluft und/oder ein Luft/Kraftstoff -Gemisch verdichtet und dem Ansaugrohr des Motors zuführt. In Fällen, in denen es notwendig ist, eine Überverdichtung der Luft oder des Luft/Kraftstoff-Gemisches, das dem Motor zugeführt wird, zu verhindern, wird es notwendig, daß die Abgase durch einen Umgehungskanal um die Turbine herum und in die Auspuffanlage geleitet werden.

Bei einem bekannten Spiralgehäuse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zweigt der Umgehungskanal etwa in der Mitte zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Ende der Spirale ab. Das hat den Nachteil, daß ein zur Steuerung der den Umgehungskanal durchströmenden Abgasmenge erforderliches Ventil innerhalb des Turbinengehäuses vorgesehen werden muß. Weiter ist nachteilig, daß bei dieser Konstruktion nicht die maximale tangential Gasgeschwindigkeit in der Spirale erreicht wird, so daß die Turbine nicht im Bereich optimalen Wirkungsgrades arbeiten kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad eines Abgasturboladers in dem Beiriebsbereich. in welchem ein Teil der Abgase das Turbinenlaufrad umgeht, um eine zu starke Aufladung des Motors zu verhindern, weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch das im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebene Merkmal gelöst.

Bei dem Spiralgehäuse nach der Erfindung bewegen sich die Abgase über die volle Ausdehnung der Spirale, bevor sie an deren stromabwärtigem Ende austreten, wodurch der Turbinengegendruck auf den Verbrennungsmotor, bei dem der Abgasturbolader benutzt wird, verringert wird. Da sämtliches Abgas zu allen Zeiten durch die Spirale des Spiralgehäuses hindurchgeht, wird eine wesentlich höhere Tangentialgeschwindigkeit als in dem Fall erzielt, wo das Abgas bereits abgeleitet wird, bevor es das stromabwärtige Ende der Spirale erreicht Die erfindungsgemäße Lage des Abzweigs des Umgehungskanals hat den weiteren Vorteil, daß innerhalb des Turbinengehäuses kein Ventil vorgesehen zu werden braucht, wodurch der Aufbau des Spiralgehäuses vereinfacht wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche. In der Ausgestaltung nach Anspruch 2 kann das Spiralgehäuse auch ohne eine Abgasnebenauslaßvorrichtung verwendet werden, indem einfach der Auslaß des Umgehungskanals durch eine A bdeckplatte blockiert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht eines Spiralgehäuses für das radial beaufschlagte Turbinenlaufrad eines Abgasturboladers,
F i g. 2 eine Ansicht nach der Linie 2-2 in F i g. 1 und

F i g. 3 ein Diagramm, das den Turbinenwirkungsgrad einer Radialturbine während des Betriebes derselben zeigt

Die F i g. 1 und 2 zeigen ein Spiralgehäuse 2 mit einer insgesamt mit 4 bezeichneten Spirale, mit einem Einlaß 6, mit einem Auslaß 8 und mit dem inneren Hohlraum iO zur Aufnahme des nicht dargestellten Turbinenlaufrades.

Das Spiralgehäuse 2 ist mit Flanschen 12 und 19 versehen, die Gewindebohrungen 14 zu Befestigungszwekken aufweisen.

Die Spirale 4 hat ein Zungenende 22, das als Düse wirkt, um Abgase, die in den Einlaß 6 eingeleitet worden sind und durch die Spirale 4 hindurchgegangen sind, so zu leiten, daß sie auf die Schaufeln des nicht dargestcllten Turbinenlaufrades auftreffen. An einem Gasdurchlaßende 16 ist ein Umgehungskanal 18 vorgesehen, dessen Austrittsöffnung durch eine nicht dargestellte Abdeckplatte blockierbar ist, wenn das Ableiten von nicht benötigten Abgasen aus der Turbine nicht erwünscht ist.

Das Spiralgehäuse 2 hat eine ebene Stirnfläche 20. in der der Auslaß 8 und die Austrittsöffnung des Umgehungskanals 18 liegen. Der Umgehungskanal 18 hat einen Übergang etwa konstanten Querschnittes in bezug auf das Innere des Spiralgehäuses 2.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Spiralgehäuse 2, bei dem das Ableiten von nicht benötigtem Abgas erwünscht ist ist die Anordnung der Austrittsöffnung des Umgehungskanals 18 so getroffen, daß das Spiralgehäuse mit einer Nebenauslaßvorrichtung vcrbunden werden kann, so daß es entfernt von der Nebenauslaßvorrichtung benutzt werden kann, wenn das erwünscht ist. Wenn die Austrittsöffnung des Umgehungskanals 18 nicht abgedeckt ist, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, um mit der Nebenauslaßvorrichtung benutzt zu werden, werden Abgase, die in den Einhiß 6 eintreten, in die innere Spirale 4 geleitet, bevor sie das Gasdurchlaßende 16 erreichen, ν,ο sie auf die nicht dargestellten Turbinenlaufradschaufeln auftreffen, welche sich dem Hohlraum 10 des Spiralgehäuses 2 befinden, Falls eine Abdeckplatte vorhanden ist, die den Umgehungskanal 18 an der Stirnfläche 20 blockiert, werden die Abgase vollständig durch das Turbinenlaufrad und von diesem aus zu dem Auslaß 8 geleitet.
F i g. 3 zeigt ein Diagramm, in welchem der Turbinenwirkungsgrad einer Radialturbine aufgetragen ist, der eine Funktion des Verhältnisses der tangentialen Gasgeschwindigkeit Cy zur Turbinenlaufradspitzengeschwindigkeit i/ist.

Der maximale Wirkungsgrad wird in diesem Fall dort
erzielt, wo CyIU= 1,35 ist

Der Wirkungsgrad fällt bei Werten von C_v/U unter
1,2 sehr schnell und über 1,6 nur allmählich ab. Bei dem
hier beschriebenen Spiralgehäuse 2 geht sämtliches Ab- 5 gas zu allen Zeiten durch die Spirale 4 hindurch, wodurch eine höhere tanger.tiale Gasgeschwindigkeit erzielt wird. Die höhere Gasgeschwindigkeit bewirkt, daß
die Turbine während des Ableitens von nicht benötigtem Abgas in einem Bereich höheren Wirkungsgrades io arbeitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

15

20

40

45

50

55

60

65

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Spiralgehäuse für das radial beaufschlagte Turbinenlaufrad eines Abgasturboladers, mit einem Einlaß (6), mit einem Auslaß (8) und mit einem von der Spirale (4) abzweigenden Umgehungskanal (18), dadurch gekennzeichnet, daß der Umgehungskanal (18) in der Nähe des stromabwärtigen Endes der Spirale (4) abzweigt

2. Spiralgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umgehungskanal (18) mit einer Abdeckplatte o. dgl. blockierbar ist.

3. Spiralgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umgehungskanal (18) eine Austrittsöffnung hat, die etwa in der gleichen Ebene wie der Auslaß (8) liegt

4. Spiralgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ^kennzeichnet, daß der Umgehungskana! (18) einen Übergang etwa konstanten Querschnittes in bezug auf" das Innere des Spiralgehäuses (2) hat