DE3421792C2

DE3421792C2 - Radialturbine mit variabler Kapazität

Info

Publication number: DE3421792C2
Application number: DE3421792A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Yokosuka Komatsu; Funio Yokohama Nishiguchi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1983-06-15
Filing date: 1984-06-12
Publication date: 1986-03-20
Also published as: DE3421792A1; GB2143591B; GB8415132D0; GB2143591A; US4678397A

Abstract

Eine Radialturbine mit variabler Kapazität hat ein schwenkbares Zungenteil, das schwenkbar in einer Einlaß-Engstelle eines Spiralkrümmer-Strömungsmittelkanals der Turbine angebracht ist und an einer zur Turbinenradachse parallelen Schwenkwelle schwenkbar ist. Die rechte und linke Spiralkrümmer-Seitenwand ist mit einer rechten und linken Sitzfläche ausgebildet, und das Zungenteil ist mit einer rechten und linken Dichtungsfläche an beiden Seiten ausgebildet. Die rechten und linken Sitz- und Dichtungsflächen stehen nicht senkrecht zur Turbinenradachse und sind so geformt, daß dann, wenn sich das Zungenteil in einer bestimmten Grenzlage befindet, die rechten und linken Dichtungsflächen in Berührung mit der jeweiligen rechten und linken Sitzfläche stehen, um die Spielräume zwischen dem Zungenteil und den Spiralkrümmer-Seitenwänden über die volle Länge des Zungenteils abzudichten.

Description

richtung des Spiralkrümmerkanals auf dieselbe Weise. Jede Dichtungsfläche steht in Berührung mit der zugehörigen Anlagefläche auf eine solche Weise, daß die Berührungsfläche zwischen diesen eine Breite und eine Länge aufweist, welche im wesentlichen gleich ist der Längserstreckung des Zungenteils, wenn sich das Zungenteil in einer Endlage befindet.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Anlageflächen, die vorzugsweise integrale Formelemente der Spiralkrümmer-Seitenwände bilden, sowie der Dichvungsflächen in Verbindung mit der Gestaltung des Zungenteiles, sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Nachstehend wird die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen an Hand zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 die Ansicht eines Schnitts einer Radialturbine mit variabler Kapazität eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 und 3 jeweils eine schematische Perspektivansicht, um das Zungenteil des ersten Ausführungsbeispiels in unterschiedlichen Stellungen zu zeigen,

Fig.4A die Ansicht eines Schnitts einer Radialturbine mit variabler Kapazität eines zweiten Ausführungsbeispiels.

Fig.4B eine Draufsicht auf eine Armplatte nach Fig.4A,

Fig. 5 eine Vorderansicht eines Turbinengehäuses gem. F i g. 4A,

Fig. 6 eine Vorderansicht eines Turbinengehäusedeckels nach F i g. 4A, jo

F i g. 7 die Ansicht eines Schnitts einer Radialturbine mit variabler Kapazität eines dritten Ausführungsbeispiels.

Fig.8 eine Vorderansicht eines Turbinengehäuses nach F i g. 7,

Fig.9 eine Vorderansicht eines Turbinengehäusedeckelsgem. Fig. 7.

Fig. 10 eine Vorderansicht einer Radialturbine mit variabler Kapazität eines vierten Ausführungsbeispiels.

Fig. 11 die Ansicht eines Schnitts eines Abschnitts einer Radialturbine mit variabler Kapazität eines fünften Ausführungsbeispiels,

Fig. 12 eine Vorderansicht eines Turbinengehäuses n2ch Fig. 11,

Fig. 13 eine Vorderansicht einer abgewandelten Ausführungsform des Turbinengehäuses nach Fig. 12,

Fig. !4 die Ansicht eines Schnitts einer Radialturbine mit variabler Kapazität eines sechsten Ausführungsbeispiels.

Fig. 15 eine Vorderansicht eines Turbinengehäuses nach Fig. 14 und

Fig. 16 eine Vorderansicht eines Turbinengehäusedeckelsnach Fig. 14.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den F i g. 1,2 und 3 gezeigt Eine Radialturbine mit veränderlicher Kapazität des ersten Ausführungsbeispieis ist ein Bestandteil eines Turboladers für einen Verbrennungsmotor. Wie in F i g. 1 gezeigt, ist ein Turbinenrad 1 in einem Turbinengehäuse 2 eingeschlossen. Das Turbinengehäuse 2 ist mit einer Radkammer 3 ausgebildet, um das Turbinenrad 1 aufzunehmen, sowie einem Spiralkrümmerkana! 4, der das Turbinenrad 1 umgibt. Das Turbinengehäuse 2 ist ferner mit einem Einlaß-Strömungsmittelkanal 5 (in F i g. 1 nicht gezeigt) ausgebildet. Der Einlaß-Strömungsmittelkanal 5 ist mit einem Auspuffkrümmer eines zugeordneten Motors verbunden und leitet die Auspuffgase des Motors zum Spiralkrümmerkanal 4. Der Spiralkrümmerkanal 4 weist eine enge öffnung im Innenumfang auf. Die Abgase in Spiralkrümmerkanal 4 können in die Radkammer 3 zum Umfang des Turbinenrades 1 hin durch die öffnung des Spiralkrümmerkanals 4 strömen.

Das Turbinenrad 1 ist an einer Radwelle 6 angebracht und mit einem Kompressorrad des Turboladers (nicht gezeigt) durch die Radwelle 6 verbunden, um das Kompressorrad anzutreiben. Ein Mittelgehäuse 7 trägt die Radwelle 6 drehbar durch Lagerungen 8. Das Mittelgehäuse 7 ist mit einem ölkanal 9 ausgebildet, um öl zum Kühlen der Lagerungen 8 und der Radwelle 6 zu fördern. Eine Ringdichtung 10 ist zwischen der Radwelle 6 und dem Mittelgehäuse 7 angeordnet. Die Kompressorseite (in Fig. 1 die linke Seite) der Radkammer 3 ist durch eine kreisringförmige Abdeckung 11 und das Mittelgehäuse 7 verschlossen. Die gegenüberliegende Seite (in der Fi g. 1 die rechte Seite) der Radkammer 3 weist eine Strömungsmittel-Auslaßöffnung 12 zur Abgabe der Auspuffgase aus der Radkammer 3 auf. Die Auslaßöffnung 12 ist mit einem Auspuffrohr (nicht gezeigt) verbunden.

Der Spiralkrümmerkanal 4 erstreckt sich in Umfangsrichtung rund um das Turbinenrad 1 von einer stromaufwärts gelegenen Engstelle 14 zu einem stromabwärts gelegenen Endabschnitt. Der Spiralkrümmerkanal 4 ist radial durch eine äußere Spiralkrümmer-Umfangswand 16 begrenzt, die der Achse des Turbinenrades 1 zugewandt ist. sowie axial durch eine linke und rechte Spiralkrümmer-Seitenwand 17 und 18, weiche in Achsrichtung des Turbinenrades 1 einen Abstand aufweisen und einander zugewandt sind. Der Querschnitt des Spiralkrümmerkanals 4 des ersten Ausführungsbeispiels, der erhalten wird, wenn ein Schnitt in einer Ebene durchgeführt wird, die die Achse des Turbinenrad.s 1 enthält, weist eine Form auf, die einem Fächer oder Sektor ähnelt und zur Achse des Turbinenrades 1 hin enger wird. Das heißt, die rechte und linke Spiralkrümmer-Seitenwand 18 und Yi sind zu den enigegengeseizien Seilen bezüglich einer gedachten Ebene geneigt, die zwischen der rechten und linken Seitenwand liegt und senkrecht zur Achse des Turbinenrades 1 steht, und der Axiaiabstand zwischen der rechten und linken Spiralkrümmer-Seitenwand 18 und 17 wird zur Achse des Turbinenrades 1 hin kleiner. Die sektorförmige Kontur des Querschnitts des Spiraikrümmerkanals 4 erstreckt sich durchgehend und stetig über die volle Längserstrekkung des Spiralkrümmerkanals 4. Es gibt insbesondere keine abrupte Änderung in der sektorförmigen Kontur des Querschnitts des Spiraikrümmerkanals 4 in der stromaufwärts gelegenen Engstelle 14 und den stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Seiten der ^ngstelle 14. Die sektorförmige Kontur des Spiraikrümmerkanals S erstreckt sich durchgehend und stetig von der stromaufwärts gelegenen Seite der Engstelle 14 zur stromabwärts gelegenen Seite der Engstelle 14.

In der Engstelle 14 sind die linke und rechte Spiralkrümmer-Seitenwand 17 und 18 jeweils mit einem plattenförmigen Vorsprung 19 und 20 ausgebildet, welche axial von der linken und rechten Seitenwand 17 bzw. 18 aufeinander zu vorspringen. Die Vorsprünge 19 und 20 ragen jeweils von den Seitenwänden 17 und 18 in einer Lage mit bestimmtem Radius von der Achse des Turbinenrades 1 ab und erstrecken sich im wesentlichen in der Ansicht in F i g. 1 horizontal. Jeder der Vorsprünge 19 und 20 weist eine Außenfläche auf, die radial auswärts weist, eine innenfläche, die der Achse des Turbinenrades 1 zugewandt ist, sowie eine Anlagefläche 21 oder 2Z Die Anlageflächen 21 und 22 sind einander

zugewandt, sind jedoch derart abgeschrägt, daß sich der Abstand zwischen den Endflächen 21 und 22 zur Achse des Turbinenrades 1 hin allmählich vergrößert. Das heißt, die Anlageflächen 21 und 22 sind bezüglich einer gedachten Ebene zu den entgegengesetzten Seiten hin geneigt, welche zwischen den Anlageflächen 21 und 22 liegt und senkrecht zur Achse des Turbinenrades 1 verläuft, upj<?der Axialabstand zwischen den Anlageflächen 21 und 22 wird zur Achse des Turbinenrades 1 hin allmählich größer.

Ein plattenförmiges Zungenteil 23 ist in du Engstelle 14 des Spiralkrümmerkanals 4 angeordnet. Das Zungenteil 23 erstreckt sich in Längsrichtung von einem Sockelendabschnitt 24 zu einer Endspitze 25 in Richtung der Strömungsmittelströmung, wie in F i g. 2 und 3 gezeigt. Der Sockelendabschnitt 24 weist eine Schwenkwelle 26 auf, die drehbar am Turbinengehäuse 2 getragen ist, so daß das Zungenteil 23 um eine Achse der Schwcnkwcüc 26 schwenkbar ist. Die SchwenkweHe 26 steht im wesentlichen parallel zur Turbinenradachse, und die Endspitze 25 schwenkt zur Turbinenradachse hin und von dieser weg. Das Zungenteil 23 weist eine radial auswärts weisende Außenfläche 27 auf, eine Innenfläche 28, die der Turbinenradachse zugewandt ist, und zwei gegenüberliegende Dichtungsflächen 29 und 30. Die äußeren und inneren Flächen 27 und 28 sind in Längsrichtung gekrümmt, und der Längsschnitt des Zungenteils 23 ähnelt einem Flügelschnitt bzw. Flügelprofil, wie in F i g. 2 und 3 gezeigt. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind die beiden Dichtungsflächen 29 und 30 des Zungenteils 23 auf dieselbe Weise wie die Anlageflächen 21 und 22 der Vorsprünge 19 und 20 abgeschrägt und der Querschnitt des Zungenteils 23 weist näherungsweise die Form eines gleichschenkligen Trapezes auf, welches zwei parallele Seiten und zwei gleiche, nicht parallele Seiten aufweist, wie in Fig.2 gezeigt.

Wenn das Zungenteil 23 sich in einer äußeren Grenzlage befindet, die in F i g. 1 gestrichelt und in F i g. 3 gezeigt ist, dann befindet sich das Zungenteil 23 passend zwischen den Vnrsprüngen 19 und 20. In dieser äußeren Grenzlage stehen die Dichtungsflächen 29 und 30 des Zungenteils 23 in Berührung mit den Anlageflächen 21 und 22 des Vorsprungs 19 bzw. 20. An jeder Seite des Zungenteils 23 erstreckt sich die Kontaktfläche des Zungenteils 23 und des Vorsprungs 19 oder 20 im wesentlichen über die volle Längserstreckung des Zungenteils 23 vom Sockelende 24 bis zur Endspitze 25. Die Außenfläche 27 des Zungenteils 23 bildet in der äußeren Grenzlage eine glatte und durchgehende Oberfläche mit den Außenflächen der Vorsprünge 19 und 20. Die Schwenkbewegung des Zungenteils 23 in der Radialrichtung nach außen wird durch die Anlageflächen 21 und 22 der Vorsprünge begrenzt

Das Zungenteil 23 ist mit einer Betätigungseinrichtung (in F i g. 1 nicht gezeigt) gekoppelt Die Schwenkbewegung des Zungenteils 23 wird durch die bzw. mit der Betätigungseinrichtung gesteuert Beispielsweise wird das Zungenteil 23 zwischen einer inneren Grenzlage, die durch eine ausgezogene Linie in F i g. 1 und Fig.2 gezeigt ist und der oben erwähnten äußeren Grenzlage in Obereinstimmung mit der Drehzahl des zugeordneten Motors geschwenkt. Die Schnittfläche der Engstelle 14, durch welche es den Abgasen ermöglicht wird, in den Spiralkrümmerkanal 4 einzutreten, ist dann am kleinsten, wenn sich das Zungenteil 23 in der äußeren (irenzlage befindet, und am größten, wenn sich das Zungenteil 23 in der inneren Grenzlage befindet

Bei dieser Turbine strömen die Auspuffgase des Motors in den Spiralkrümmerkanal 4 durch die Engstelle 14, treiben das Turbinenrad 1 zur Drehung an, und strömen dann aus der Turbine zum Auspuffrohr hin. Die Geschwindigkeit der Abgase im Spiralkrümmcrkanal 4 ist proportional zum Kehrwert des Radius von der Achse des Turbinenrades 1 aus. Wenn die Motordrehzahl hoch ist, dann wird das Zungenteil 23 in die innere Grenzlage gebracht, die in F i g. 2 gezeigt ist, und stellt hierbei einen hohen Strömungsdurchsatz der Auspuffgase sicher, indem es die Querschnittsfläche der Engstelle 14 groß macht. Wenn die Motordrehzahl niedrig ist, dann wird das Zungenteil 23 in die äußere Grenzlage versetzt, die in Fig. 3 gezeigt ist, so daß die Querschnittsfläche der Engstelle 14 verkleinert ist und die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase erhöht ist. Wenn das Zungenteil 23 sich in der äußeren Grenzlage befindet, dann bilden die Innenfläche des Zungenteils 23 und die Spiraikrümmer-Seitenwände 17 und !Seine sektorförmige Querschnittsform an dem stromabwärts gelegenen Endabschnitt des Spiralkrümmerkanals 4 innerhalb des Zungenteils 23, so daß keine Diskontinuität in der Querschnittsform des Spiralkrümmerkanals 4 auftritt. Diese durchgehende Querschnittsform, die am stromabwärts gelegenen Endabschnitt gebildet ist, wenn sich das Zungenteil 23 in der äußeren Grenzlage befindet, kann beträchtlich den Reibungsverlust der Energie der Auspuffgase verringern. In der Turbine des ersten Ausführungsbeispiels ist die Querschnittsform des Spiralkrümmerkanals 4 sektorförmig über die gesamte Längserstreckung des Spiralkrümmerkanals 4 hinweg, so daß die Strömungsmittelströmung nicht abrupt gestört wird, und eine Sekundärströmung ist, wenn sie überhaupt auftritt, zu schwach, um auf die Haupt-Auspuffgasströmung einen unerwünschten Einfluß auszuüben. Das Zungenteil 23 wird, wenn es sich in der inneren Grenzlage befindet, in enge Berührung mit den Spiralkrümmer-Seitenwänden 17 und 18 gebracht, so daß das Zungenteil 23 in seiner inneren Grenzlage die Strömungsmittelströmung nicht stört.

Bei der Radialturbine mit veränderlicher Kapazität des ersten Ausführungsbeispiels kann der Turbinenwirkungsgrad verbessert werden, und der Aufladedruck kann erhöht werden, ohne daß man den Gegendruck des Motors erhöht, so daß das Motordrehmoment beträchtlich erhöht werden kann.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den Fig.4A, 4B, 5 und 6 gezeigt. Das zweite Ausführungsbeispiel ist gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiei in den folgenden Punkten unterschiedlich: beim zweiten Ausführungsbeispiei ist der Querschnitt des Spiralkrümmerkanals 4 etwa rechtekkig. Die Turbine des zweiten Ausführungsbeispiels weist einen Turbinengehäusedeckel 35 auf. Das Turbinengehäuse 2 des zweiten Ausführungsbeispiels ist mit einer äußeren Spiralkrümmer-Umfangswand 36 und einer linken Spiralkrümmer-Seitenwand 37 ausgebildet welche flach bzw. eben ist und senkrecht zur Turbinenradachse steht Der Turbinengehäusedeckel 35 ist mit einer inneren Umfangswandfläche 38 und einer rechten Spiralkrümmer-Seitenwandfläche 39 ausgebildet welche flach bzw. eben ausgebildet ist und senkrecht zur Turbinenradachse steht. Der Ansaugkrümmerkanal 4 ist durch die Seitenwandflächen 37 und 39 sowie die äußeren und inneren Umfangswandflächen 36 und 38 gebildet In einem Schnitt der durch eine Ebene erhalten wird, die die Turbinenradachse enthält sind die Außen- und Innen-Umfangswandflächen 36 und 38 zwei gerade.

zur Turbinenradachse parallele Linien, wie in Fig.4A gezeigt.

Der Gehäusedeckel 35 hat einen zylindrischen Abschnitt 40, und das Turbinengehäuse 2 weist eine kreisförmige Öffnung 41 an der in F i g. 4A rechten Seite auf. Der zylindrische Abschnitt 40 des Deckels 35 wird in die kreisförmige Öffnung 41 des Turbinengehäuses 2 von rechts her passend eingesetzt, und der Deckel 35 und das Turbinengehäuse 2 werden aneinander mittels Schrauben 42 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 43 befestigt. DerTurbinengehäusedeckel 35 weist einen Abdeckungsabschnitt 44 auf, der sich axial zur links gelegenen Kompressorseite hin erstreckt. Der Abdekkungsabschnitt 44 trennt die Radkammer 3 und den Spiralkrümmerkanal 4, und er bildet die Spiralkrümmer-Innenumfangswandfläche 38 sowie eine Radkammer-Wandfläche, welche eng den Schaufeln des Turbinenrades 1 zugewandt ist. Die Strömungsmittelauslaßöffnung 12 zur Abgabe der Auspuffgase aus der Radkammer 3 ist im Turbmengehäusedeckel 35 ausgebildet.

Die Dichtungsflächen 29 und 30 des Zungenteils 23 sind nicht abgeschrägt, sondern sie stehen im wesentlichen senkrecht zur Turbinenradachse und der Schwenkwelle 26 des Zungenteils 23. Dementsprechend sind die linke Dichtungsfiäche 29 des Zungenteils 23 und die rechte Spiralkrümmer-Seitenwandfläche 37 parallel zueinander und einander zugewandt, und in ähnlicher Weise sind auch die rechte Dichtungsfläche 30 und die rechte Spiralkrümmer-Seitenwandfläche 39 parallel zueinander und einander zugewandt. Die Dichtungsflächen 29 und 30 sind durch spanende Abtragung fein und genau endbearbeitet.

Die Spiralkrümmer-Seitenwandflächen 37 und 39 sind ebenfalls durch eine Endbearbeitung geglättet.

Die Schwenkwelle 26, die am Zungenteil 23 befestigt ist, ist drehbar von einer Büchse 45 getragen, welche in ein Loch des Gehäusedeckels 35 eingepreßt ist. Eine hki i

echteckige Arrnplatie 46, die in Fi g. 4B gezeigt ist, ist an einem Außenende der Schwenkwelle 26 des Zungenteils 23 befestigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Armplatte 46 mit einem nicht-kreisförmigen Loch 47 ausgebildet. Die Schwenkwelle 26 weist einen Gewindeabschnitt auf, dessen Querschnittsform mit dem nichtkreisförmigen Loch 47 übereinstimmt. Der Gewindeabschnitt der Schwenkwelle 26 ist durch das nichtkreisförmige Loch 47 der Armplatte 46 eingeführt. Die Schwenkwelle 26 und die Armplatte 46 sind mittels einer Mutter 48 befestigt. Die Armplatte 46 ist mit der Betätigungseinrichtung (in F i g. 4A nicht gezeigt) durch einen Verbindungsstift 49 verbunden. Diese Anlenkung zwischen der Schwenkwelle 26 des Zungenteils 23 und der Betätigungseinrichtung ist ebenfalls beim ersten Ausführungsbeispiel anwendbar.

Vorsprünge 50 und 51 sind in den zugewandten Spiralkrümmer-Seitenwänden jeweils ausgebildet. Die Vorsprünge 50 und 51 stehen jeweils von der Spiralkrümmer-Seitenwandfläche 37 des Turbinengehäuses 2 bzw. der Spiralkrümmer-Seitenwandfläche 39 des Turbinengehäusedeckels 35 ab. Somit ragen die Vorsprünge 50 und 51 axial aufeinander zu. Jeder der Vorsprünge 50 und 51 weist eine Anlagefläche 52 oder 53 auf, die der Turbinenradachse zugewandt ist. Die Anlageflächen 52 und 53 sind derart geformt, daß sie in Berührung mit dem linken bzw. rechten Rand der Außenfläche 27 des Zungenteils 23 stehen, wenn sich das Zungenteil 23 in der äußeren Grenzlage befindet, die in F i g. 4A gezeigt ist. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Berührungsfläche im wesentlichen über die volle Längserstreckung des Zungenteils 23 auf jeder Seite des Zungenteils 23. Wie in F i g. 5 und 6 gezeigt, erstrecken sich die Anlageflächen 52 und 53 der Vorsprünge 50 und 51 gekrümmt längs der Längsrichtung des Spiralkrümmerkanals 4 von einer Stelle des Sockelendabschnittes

24 des Zungenteils 23 bis zu einer Stelle der Endspitze

25 des Zungenteils 23 in der äußeren Grenzlage. Die Krümmung der Anlageflächen 52 und 53 der Vorsprünge 50 und 51 ist dieselbe wie die Krümmung der Außenfläche 27 des Zungenteils 23.

Somit kann das Zungenteil 23 die Abgase daran hindern, durch die Spielräume zwischen dem Zungenteil 23 und den Spiralkrümmer-Seitenwänden hindurchzutreten, wenn sich das Zungenteil 23 in der äußeren Grenzlage befindet, um die Querschnittsfläche der Engstelle 14 auf die kleinste Größe zu bringen. Deshalb ist der Turbinen-Wirkungsgrad in diesem Zustand, ebenso v*';z beim ersten Ausführungsbeispiel, beträchtlich verbessert.

Ein drittes Ausführungsbeispiei der vorliegenden Eifindung ist in den Fig. 7, 8 und 9 gezeigt. Im dritten Ausführungsbeispiel ist der Spiralkrümmerkanal 4 im wesentlichen rechteckig im Querschnitt und vom Turbinengehäuse 2 sowie dem Turbinengehäused.eckel 35 auf dieselbe Weise wie beim zweiten Ausführungsbeispiel gebildet. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom zweiten Ausführungsbeispiel dahingehend, daß jede der Spiralkrümmer-Seitenwände 55,57; 56,58 einen Absatz oder Niveauunterschied aufweist, der eine einwärts gerichtete Anlagefläche 59,60 bildet, zum Anschlag an der Außenfläche 27 des Zungenteils 23, und welcher sich in Umfangsrichtung rund um das Turbinenrad 1 über 360° hinweg erstreckt. Diese Ausbildung erleichtert die Bearbeitungstätigkeit für die Spiralkrümmer-Seitenwände 55, 56; 57, 58. Jede der Spiralkrümmer-Seitenwände 55, 57; 56, 58 des dritten Ausführungsbeispiels hat deshalb eine äußere Seitenwandfläche 55 oder 56 sowie eine innere Seitenwandfläche 57 oder 58.

Die äußeren und inneren Wandflächen 55; 56; 57, 58 einer jeden Seitenwand sind flach bzw. eben und stehen senkrecht zur Turbinenradachse, sind abe; axial relativ zueinander derart versetzt, daß die Innenfläche 57, 58 zurückgesetzt ist und die Außenfläche 55,56 vorspringt.

In jeder Seitenwand ist die einwärts gewandte Anlagefläche 59 oder 60 zwischen dem Innenumfang der Außenfläche 55,56 und dem Außenumfang der Innenfläche 57,58 gebildet. Jede der einwärts gewandten Anlageflächen 59 und 60 weist etwa die Form einer Zylinderfläche

so auf, weiche koaxial zum Turbinenrad 1 angeordnet ist und schmal in der axialen Abmessung ist. Ein Abschnitt einer jeden einwärts gewandten Anlagefläche 59 und 60 ist so geformt, daß er das Zungenteil 23 aufnehmen kann, und er kann in Berührung mit der Außenfläche 27 des Zungenteils 23 über die gesamte Längserstreckung des Zungenteils 23 stehen, wenn sich das Zungenteil 23 in der äußeren Grenzlage befindet, wie in den F i g. 8 und 9 gezeigt. Die Seitenwandausbildung des dritten Ausführungsbeispiels ist vorteilhaft, was die Beständigkeit gegenüber der Bildung von Rissen infolge der Wärmespannung angeht.

Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 10 gezeigt. Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom dritten Ausführungsbei- spiel dahingehend, daß das Turbinengehäuse 2 des vierten Ausführungsbeispiels noch weiter mit einem ortsfesten Zungenabschnitt 62 ausgebildet ist, der den Sockelabschnitt 24 des Zungenteils 23 von der Außenseite her

überlappt, um die DichtungswirkuJig rund um den Sokkelabschnitt des Zungenteils 23 noch zu verbessern. Ei- -se Innenfläche des ortsfesten Zungenabschnitts 62 ist so geformt, daß sie in Berührung mit der Außenfläche 27 des Sockelabschnitts des Zungenleils 23 gelangen kann, wenn sich das Zungenteil in der äußeren Grenzlage befindet.

Ein fünftes Ausführungsbeispiel ist in den F i g. 11 und 12 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Zungenteil 23 mit zwei Flanschabschnitten 64 und 65 ausgebildet, die jeweils von den Seitenflächen des Zungenteiles 23 abragen. Jeder Flanschabschnitt 64 und 65 ist im Schnitt ein Rechteck, wie in F i g. 11 gezeigt, und weist eine Dichtungsfläche 66 oder 67 sowie eine Innenfläche und eine Endfläche auf. Die Innenfläche eines jeden Flanschabschnittes 64 oder 65 geht in die Innenfläche 28 des Zungenteils 23 über. Beim fünften Ausführungsbeispiel und die einwärts gewandten Anlageflächen 59 und GO die Oberfläche eines geraden Krciszyür.ders, die koaxial zum Turbinenrad liegt, und dementsprechend sind auch die Dichrungsflächen 66 und 67 der Flanschabschnitte 64 und 65 ebenfalls zylindrisch, wie in Fig. 12 gezeigt. Diese Ausbildung ist für die spanende Bearbeitung und die Montage der Turbine von Vorteil und ermöglicht es, die Turbinengröße zu verringern. Wenn das Zungenteil 23 sich in der äußeren Grenzlage befindet, dann stehen die Dichtungsflächen 66 und 67 des Flanschabschnittes 64 und 65 des Zungenteils 23 in Berührung mit den einwärts gewanHten Anlageflächen 59 und 60 der Seitenwände, und zwar über die gesamte Längenerstreckung des Zungenteils 23. Beim fünften Ausführungsbeispiel ist die Betätigungseinrichtung auf der Seite des Turbinengehäuses 2 angeordnet. Die einwärts gerichtete Anlagefläche 59 der Verdichterseite durchdringt die Büchse 45 für die Schwenkwelle 26 des Zungenteils 23. Es ist ratsam, die Büchse 45 in das Loch des Turbinengehäuses 2 zuerst einzupressen und dann als nächstes die einwärts gerichtete Vorsprungsfläche 59 herauszuschneiden. Beim fünften Ausführungsbeispiel ist die Anlagefläche 60 der linken Strömungsmittelauslaßscite im Turbinengehäuse 2 als ein Teil der einwärts gerichteten zylindrischen Wandendfläche der kreisförmigen öffnung 41 ausgebildet, in welche der zylindrische Abschnitt 40 des Turbinengehäusedeckels 35 passend eingesetzt ist.

Fig. 13 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Turbinengehäuses 2 des fünften Ausführungsbeispiels. In Fig. 13 ist die einwärts gewandte Anlagefläche 59 der Spiralkrümmer-Seitenwand mit einem zurückgesetzten Abschnitt 69 zur Aufnahme der Büchse 45 für die Schwenkwelle 26 des Zungenteils 23 ausgebildet. Diese Ausbildung erleichtert die Anbringung der Büchse 45 und des Zungenteils 23 und erübrigt das Erfordernis, die Büchse 45 anzuschneiden.

Ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 14, 15 und 16 gezeigt. Beim sechsten Ausführungsbeispiel ist der Spiralkrümmerkanal 4 im wesentlichen rechteckig im Schnitt, wie auch beim dritten Ausführungsbeispiel. Jede der Spiraikrümmer-Seitenwände des sechsten Ausführungsbeispiels hat eine flache bzw. ebene Hauptseitenwandfläche 70 oder 71 und einen vertieften Abschnitt 72 oder 73, der so geformt ist daß er den Bewegungsbereich oder die Erstreckung der Winkelbewegung des Zungenteils 23 begrenzt. Jeder vertiefte Abschnitt 72 und 73 ist gegenüber der umgebenden Hauptseitenwandfläche vertieft bzw. ein vertiefter Anschlag. Jeder der vertieften Abschnitte 72 und 73 weist einen flachen Boden 74 oder 75 auf, der im wesentlichen senkrecht zur Turbinenradachse steht, und dementsprechend parallel zu den Hauptseitenwandflächen 70 und 71. Jeder der vertieften Abschnitte 72 und 73 weist eine radial auswärts gewandte, schmale Anlagefläche 76 oder 77 auf, die sich axial zwischen dem Boden 74 oder 75 des vertieften Abschnitts und der Hauptseitenwandfläche 70 oder 71 erstreckt. Jede der radial auswärts gewandten Anlageflächen 76 und 77 ist so geformt, daß sie in Berührung mit der Innenfläche 28 des Zungenteils 23 über die gesamte Längserstreckung des Zungenteils 23 stehen kann, wenn sich das Zungenteil 23 in der inneren Grenzlage befindet, in welcher die Endspitze 25 des Zungenteils 23 dem Turbinenrad 1 nächstgelegen ist und die Querschnittsfische der Engstelle 14 des Spiralkrümmerkanals 4 am größten ist. Das heißt, jede der radial auswärts gerichteten Anlageflächen 76 und 77 weist eine Krümmung gleich jener der Innenfläche 28 des Zungenteils 23 auf, und ist lang genug, um die gesamte Längenerstreckung des Zungenteils 23 abzudecken. Diese Ausbildung des sechsten Ausführungsbeispiels hindert die Auspuffgase daran, von dem stromabwärts gelegenen Endabschnitt des Spiralkrümmers zur stromaufwärts gelegenen Engstelle 14 des Spiralkrümmers durch die Spiele zwischen dem Zi'.ngenteil 23 und den Spiralkrümmer-Seitenwänden hindurchzutreten, wenn sich das Zungenteil 23 in der inneren Grenzlage befindet. Deshalb kann diese Ausbildung den Strömungsenergieverlust infolge des Zusammenströmens zweier Ströme mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und unterschiedlichen Richtungen vermeiden und hierbei den Turbinenwirkungsgrad während jenes Zeitraums verbessern, in welchem die Engstelle weit offen ist, so daß der Gegendruck des Motors verringert werden kann und das Motordrehmoment bei hohen Drehzahlen beträchtlich erhöht werden kann.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Radialturbine mit variabler Kapazität, bestehend aus einem Turbinenrad (1), einer Gehäuseeinrichtung (2) mit einer das Turbinenrad (1) einschließenden Radkammer (3), einem Spiralkrümmerkanal (4), der sich von einer stromaufwärts gelegenen Engstelle (14) zu einem stromabwärts gelegenen Endabschnitt in Umfangsrichtung um das Turbinenrad (1) herum erstreckt und eine Öffnung aufweist, um ein Strömungsmittel aus dem Spiralkrümmerkanal (4) gegen den Umfang des Turbinenrades (1) in der Radkammer (3) zu lenken, einem Strömungsmitteleinlaßkanal (5) zum Einleiten des Strömungsmittels in den Spiralkrümmerkanal (4) und einem Strömungsmittelauslaß (12) zur Abgabe des Strömungsmhtels aus der Radkammer (3), wobei der Spiralkrümmerkanal (4) radial durch eine äußere Spiralkrüipjner-Umfangswand (16; 36) begrenzt ist, welche der üchse des Turbinenrades (1) zugewandt ist, und in Achsrichtung durch eine linke und rechte Spiralkrümmer-Seitenwand (17, 18; 37; 39; 55, 58; 70, 71) begrenzt ist, die zueinander einen Axialabstand aufweisen und einander zugewandt sind, sowie einem Zungenteil (23), das schwenkbar an der Gehäuseeinrichtung getragen ist, um die Querschnittsfläche der Engstelle (14) des Spiralkrümmerkanals zu ändern, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spiralkrümmer-Seitenwand (17; 18; 37; 39; 55, 57, 56, 58; 70; 71) mit zumindest einer Anlageiläche (21,22; 52,53,59,60; 76; 77) für das ZungerUeil (23) versehen hu und das Zungenteil (23) wenigstens zwei Düht.ungsflächen (29, 30; 66, 67) aufweist, die in Abhängigktt von der Lage des Zungenteils (23) in Kontakt mit den Anlageflächen (21, 22; 52, 53, 59, 60, 76; 77) der Spiralkrümmer-Seitenwände (17, 18; 37, 39; 55; 57; 56, 58; 70, 71) stehen, wobei die Anlageflächen (21, 22; 52, 53; 59, 60; 76, 77) der Spiralkrümmer-Seitenwände (17, 18; 37,39; 55,57,56,58; 70, 71) die Schwenkbewegung des Zungenteils (23) durch jeweiligen Anschlag an die Dichtungsflächen (29, 30; 66, 67) des Zungenteils (23) in einer Endstellung begrenzen.

2. Turbine nach Anspruch 1 mit einem Zungenteil, das eine schwenkbare Endspitze und einen Sockelendabschnitt aufweist, in welchem eine Schwenkachse angeordnet ist, um welche das Zungenteil schwenken kann, wobei die Schwenkachse im wesentlichen parallel zur Achse des Turbinenra- a> des steht und die Endspitze zur Achse des Turbinenrades hin unü von dieser weg schwenkbar ist, das Zungenteil sich in Längsrichtung vom Sockelendabschnitt zur Endspitze längs des piralkrümmerkanals in Richtung einer normalen Strömungsmittslströmung im Spiralkrümmerkanal erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsflächen (29, 30; 66, 67) sich im wesentlichen über die volle Längserstreckung des Zungenteils (23) an beiden Seiten des Zungenteils (23) erstrecken, die Anlageflächen (21, 22; 52,53; 59,60; 76, 77) sich in Längsrichtung des Spiralkrümmerkanals (4) erstrecken, und jede der Dichtungsflächen (29, 30; 66, 67) in Berührung mit der zugehörigen Anlagefläche (21, 22; 52, 53; 59, 60; 76, 77) auf eine solche Weise steht, daß die Berührungsfläche zwischen diesen eine Breite und eine Länge aufweist, die im wesentlichen gleich ist der Längserstreckung des Zungenteils (23), wenn das Zungenteil (23) sich in einer Endstellung befindet

3. Turbine nach Anspruch 2, wobei das Zungenteil (23) eine Außenfläche (27) aufweist, die radial auswärts weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsflächen (29,30; 66,67) durch die Randabschnitte der Außenfläche (27) des Zungenteils (23) gebildet sind und die Querschnittsfläche der Engstelle (14) minimal ist, wenn sich der Zungcjiteil in der äußeren Endstellung befindet

4. Turbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß jede der Spiralkrümmer-Seitenwände (17,18) innerhalb der Engstelle (14) mit einem plattenförmigen Vorsprung (19, 20) ausgebildet ist daß die Vorsprünge der Spiralkrümmer-Seitenwände (17,18) axial jeweils von den Seitenwänden (17; 18) aufeinander zu vorspringen, daß die Vorsprünge (19; 20) die jeweiligen Anlageflächen (21,22) tragen und daß das Zungenteil (23) passend zwischen den Vorsprüngen angeordnet ist, wenn sich das Zungenteil (23) in seiner äußeren Endstellung befindet (Fig. Ibis 3).

5. Turbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Vorsprünge (19,20) sich in Längsrichtung des Spiralkrümmerkanals (4) über eine Länge hinweg erstrecken, welche gleich oder größer ist als die Längenerstreckung des Zungenteils (23), daß die Vorsprünge (19; 20) jeweils Anlageflächen (21,22) aufweisen, welche so abgeschrägt sind, daß der Axialabstand zwischen den Anlageflächen (21; 22) sich radial nach außen verkleinert und daß das Zungenteil (23) gegenüberliegende Dichtungsflächen (29, 30) aufweist, weiche so abgeschrägt sind, daß der Axialabstand zwischen den Dichtungsflächen des Zungenteils (23) sich radial nach außen verkleinert

6. Turbine nach Anspruch 5, wobei das Zungenteil (23) eine Außenoberfläche (27) aufweist, welche radial auswärts gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Vorsprünge (19, 20) eine Außenfläche aufweist, weiche radial auswärts gerichtet ist, und daß die Außenflächen des Zungenteils (23) und der Vorsprünge glatt ineinander übergehen, wenn sich das Zungenteil (23) passend zwischen den Vorsprüngen (19, 20) in der äußeren Endstellung befindet.

7. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsflächen (29) des Zungenteils (23) radial auswärts weisen und die Anlageflächen (52,53; 59, 60) der Spiralkrümmer-Seitenwände (37,39; 55,57,56,58) der Achse des Turbinenrades (1) zugewandt sind.

8. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageflächen (59,60) eine gerade Kreiszylinderfläche bilden.

9. Turbine nach Anspruch 2, wobei die Querschnittsfläche der Engstelle (14) des Spiralkrümmerkanals (4) dann am größten ist, wenn das Zungenteil (23) sich in einer inneren Endstellung befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsflächen des Zungenteils (23) der Achse des Turbinenrades (1) zugewandt sind, daß die Anlageflächen (76, 77) der Spiralkrümmer-Seitenwände (70, 71) radial auswärts weisen und die Endspitze (25) des Zungenteils (23) durch Anschlag an den Dichtungsflächen daran hindern, noch weiter einwärts zu schwenken.

10. Turbine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zungenteil (23) eine Innenfläche

(28) aufweist, die der Achse des Turbinenrades (1) zugewandt ist, und daß die Randabschnitte der Innenfläche des Zungenteils (23) die Dichtungsflächen bilden.

Die Erfindung betrifft eine Radialturbine mit variabler Kapazität, bestehend aus einem Turbinenrad, einer Gehäuseeinrichtung mit einer das Turbinenrad einschließenden Radkammer, einem Spiralkrümmerkanal, der sich von einer stromaufwärts gelegenen Engstelle zu einem stromabwärts gelegenen Endabschnitt in Umfangsrichtung um das Turbinenrad herum erstreckt und eine Öffnung aufweist, um ein Strömungsmittel aus dem Spiralkrümmerkanal gegen den Umfang des Turbinenrades in der Radkammer zu lenken, einem Strömungsmitteleinlaßkanal zum Einleiten des Strömungsmittels in den Spiralkrümmerkanal, und einem Strömungsmittelausiaß zur Abgabe des Strömungsmittels aus der Radkammer, wobei der Spiralkrümmerkana.' radial durch eine äußere Spiralkrümmer-UmfangswaDd begrenzt ist, welche der Achse des Turbinenrades zugewandt ist, und in Achsrichtung durch eine rechte und linke Spiralkrümmer-Seitenwand begrenzt ist, die zueinander einen Axialabstand aufweisen und einander zugewandt sind, sowie einem Zungenteil, das schwenkbar an der Gehäuseeinrichtung getragen ist, um die Querschnittsfläche der Engstelle des Spiralkrümmerkanals zu ändern.

Eine derartige Radialturbine mit veränderlicher Kapazität für einen Turbolader eines Kraftfahrzeuges ist aus der DE-OS 32 19 250 bekannt Im allgemeinen ist die Betriebscharakteristik eines Verbrennungsmotors, der mit einem Turbolader ausgestattet ist ungefähr bestimmt durch das Verhältnis einer Fläche A des Querschnitts der Engstelle des Turbinen-Spiralkrümmerkanales zu einem Abstand R zwischen der Turbinenradachse und dem Schwerpunkt des Querschnittes der Engstelle des Spiralkrümmer-Seitenkanales. Eine Radialturbine, deren Verhältnis A/R einen hohen Wert aufweist ist geeignet, um das Motordrehmoment bei hohen Motordrehzahlen zu erhöhen. Um auch im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine eine ausreichende Erhöhung des Ladedruckes in der Ansaugleitung und damit gerade in diesem Bereich eine Verbesserung der Leistungscharakteristik des Motors zu erzielen, andererseits aber eine schädliche Ladedrucküberhöhung bei einem hohen Auspuffgasdruok zu vermeiden, ist es wünschenswert, eine Radialturbine variabler Leistung einzusetzen, d. h. den wirksamen Strömungsquerschnitt der Radialturbine und damit die Drehzahl des Turbinenlaufrades veränderlich einstellbar auszuführen.

Bei der eingangs genannten Radialturbine wird dies erreicht, indem an der Engstelle des Turbinen-Spiralkrümmers zwischen den Spiralkrümmer-Seitenwänden ein von außen bewegbares Zungenteil zur Beeinflussung der Abgasströmung im Verhältnis zum Turbinenlaufrad vorgesehen ist. Zur Gewährleistung der freien Schwenkbarkeit des Zungenteiles zwischen den Spiralkrümmer-Seitenwänden unter Berücksichtigung der Wärmedehnung der korrespondierenden Bauteile, die im allgemeinen einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, sind zwischen dem schwenkbaren Zungenteil und den Seitenwär.den relativ große Spalte unvermeidlich, die den Wirkungsgrad der Radialturbine negativ beeinflussen, indem je nach Stellung des Zungenteils entweder eine Überbrückung des Spiralkrümmerkanals von der stromauf zur stromab gelegenen Seite hin erfolgt, so daß sich die nutzbare Strömungsenergie des Abgases verringert oder die Abgasströmung die Wirkung eines maximalen Strömungsquerschnittes in umgekehrter Richtung behindert

Zur Vermeidung der in Verbindung mit der Bewegung eines schwenkbaren Zungenteils zu den Spiralkrümmer-Seitenwänden hin entstehenden Probleme ist ίο in der DE-OS 32 19 250 das schwenkbare Zungenteil durch ein radial oder axial in den abstromseitigen Endabschnitt des Spiralgehäuses einschiebbares Wellenstück ersetzt um hiermit eine Steuerung des Abgasstromes im Verhältnis zum Turbinenlaufrad zu erreichen. Diese Anordnung ist jedoch insofern nachteilig, als dies die Anwendung sehr wärmebeständiger Dichtungsmittel für die Gehäusedurchführung des Wellenstückes erfordert die Wirkfläche gegenüber der Anwendung eines schwenkbaren Zungenteils wesentlich vermindert und dadurch der Druckgradient vergrößert und die Turbulenz der Strömung verstärkt wird, so^ie eine schnelle und kontinuierliche Veränderung der Kapazität der Radialturbine nur schwierig erreichbar ist

Aus der US-PS 33 13 518 ist eine Steuereinrichtung für eine Radialturbine bekannt die als Steuerorgan für den Gasstrom innerhalb der Radialturbine einen gekrümmten doppelarmigen Hebel enthält der im Anschluß an den Einlaßbereich der Radialturbine angeordnet und von außen betätigbar ist Mit HiKe dieses doppelarmigen Hebels wird der in die Radialturbine eintretende Gasstrom in zwei Gasströme aufgeteilt, wobei innerhalb des Radialturbinengehäuses die Fließgeschwindigkeit und der Fließdruck des Gasstromes erhöht werden.

Abgesehen davon, daß in dieser Literaturstelle auf Probleme der seitlichen Führung des schwenkbaren Doppelhebels in Verbindung mit dessen Wärmedehnung aufgrund der beträchtlichen Wärmebeanspruchung eines derartigen Elementes beim Einsatz der Radialturbine als Turbolader eines Kraftfahrzeuges nicht eingegangen ist, bedingt der Einsatz einer derartigen Steuereinrichtung eine erhebliche Beeinflussung des Strömungsbildes des Gasstromes innerhalb des Spiralkrümmerkanales und führt zur Ausbildung von Strömungsturbulenzen, die den Wirkungsgrad der Radialturbine negativ beeinflussen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Radialturbine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, deren Kapazitätsso änderung mit hoher Kontinuität und praktisch ohne Beeinträchtigung des Wirkungsgrades möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Anordnung der die Schwenkbewegung des Zungenteiles anschla^rhegrenzenden Anlageflächen an den Spiralkrümmer-Seitenwänden können die Vorteile eines kontinuierlich sich verändernden Querschnitts des stromabwärts gelegenen Endabschnittes des Spiralkrümmungskanals, v. ie geringe Reibungsverluste und störungsfreie Auspuffgasströme beibehalten und zugleich die bisherigen Nachteile, die mit der Anordnung eines beweglichen Zungenteils verbunden '.varen und dessen seitliche Abdichtung unter Berücksichtigung der temperaturabhängigen Materialausdehnung betreffen, vermieden werden.

Die Dichtungsflächen erstrecken sich im wesentlichen über die gesamte Längserstreckung des Zungenteils, und die Anlageflächen erstrecken sich in Längs-