DE3907504A1 - Turbine mit einer zweifach spiralfoermigen struktur - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbine mit einer variablen Fördermenge, die ein Paar von spiralför­ migen Durchgängen aufweist, die zu einem gemeinsamen Turbinenrad führen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Turbine, die über einen breiten Bereich der Strö­ mungsgeschwindigkeit des Fluids günstig arbeiten kann, ohne daß eine beträchtliche Diskontinuität des Betriebes auftritt.

Eine radiale Turbine kann, wenn sie als Auspuffturbine eines Turboladers verwendet wird, wie dies oft der Fall ist, einen hohen Grad der Überverdichtung selbst dann, wenn die Geschwindigkeit des in die Turbine eintretenden Auspuffgases klein ist, durch Verringern der Größe der in der Nähe der Peripherie des Turbinenrades bestimmten Düsen auf einen kleinen Wert, wobei die Geschwindigkeit der auf das Turbinenrad gerichteten Strömung des Aus­ puffgases vergrößert wird, erreichen. Andererseits bewirkt im Hochgeschwindigkeitsbereich eine Verengung der Düsen, daß der Wirkungsgrad der Maschine abfällt, weil der Widerstand für die Strömung des Auspuffgases sich vergrößert und weil ein beträchtlicher Gegendruck bzw. Rückstau in dem Auspuffsystem der Maschine geschaf­ fen wird.

Diese Eigenschaft der radialen Turbine für einen Turbo­ lader ist durch das Verhältnis der Querschnittsfläche A des röhren- oder maulförmigen Bereiches des spiralförmi­ gen Durchganges zur Entfernung R zwischen der Mitte des Querschnittes und der Mitte des Turbinenrades gekenn­ zeichnet. Wenn dieses Verhältnis A/R klein ist, wird die Geschwindigkeit des auf das Turbinenrad gerichteten Auspuffgases beschleunigt und es ist ein hoher Grad der Überverdichtung selbst in einem niedrigen Geschwindig­ keitsbereich möglich. Es wird aber ein beträchtlicher Gegendruck bzw. Rückstau in diesem hohen Geschwindig­ keitsbereich im Auspuffsystem erzeugt. Wenn andererseits dieses Verhältnis A/R groß ist, erzeugt die Turbine selbst in dem hohen Geschwindigkeitsbereich einen rela­ tiv kleinen Gegendruck bzw. Rückstau. Die Geschwindig­ keit des auf das Turbinenrad gerichteten Auspuffgases ist aber vergleichsweise im niedrigen Geschwindigkeits­ bereich so klein, daß ein ausreichender Grad der Über­ verdichtung nur in einem relativ hohen Geschwindigkeits­ bereich möglich ist.

Um dieses Problem zu bewältigen, wurde in der japani­ schen Gebrauchsmusterveröffentlichung 59-1 05 032 und in der japanischen Offenlegungsschrift 59-1 22 726 die Ver­ wendung eines Paares von parallelen spiralförmigen Durchgängen beschrieben, die zu einem gemeinsamen Turbi­ nenrad führen, wobei das Einlaßende eines der spiral­ förmigen Durchgänge zur Verringerung des Verhältnisses A/R dann, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des einströ­ menden Fluids klein ist, selektiv geschlossen werden kann. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des einströmen­ den Fluids groß ist, werden die beiden spiralförmigen Durchgänge verwendet, um das Verhältnis A/R zu vergrö­ ßern. Bei dieser Struktur der Turbine mit den beiden spiralförmigen Durchgängen ist jedoch der Bereich der Änderung des Verhältnisses A/R klein, weil die Turbine nur entweder bei der Einstellung der niedrigen Geschwin­ digkeit, in der nur einer der spiralförmigen Durchgänge verwendet wird, oder bei der Einstellung der hohen Geschwindigkeit, bei der beide spiralförmigen Durchgänge verwendet werden, verwendbar ist, wenn ein vernünftiger Wirkungsgrad der Turbine sichergestellt werden soll. Irgendeine Zwischeneinstellung ist nicht möglich. Außer­ dem wird der Übergang zwischen den beiden unterschiedli­ chen Zuständen der Einstellungen stufenweise ausgeführt, wobei die plötzliche Änderung des Betriebszustandes der Turbine dazu neigt, einen unerwünschten Stoß zu bewir­ ken.

Eine erste Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Turbine mit einer variablen Fördermenge zu schaffen, die einen vergrößerten Bereich für die Steuerung der Fluid­ geschwindigkeit aufweist.

Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Turbine mit einer zweifach spiralförmigen Struktur zu schaffen, die in einem hohen Maße selbst dann genau steuern kann, wenn die Strömungsgeschwindig­ keit des Fluids klein ist, und die einen relativ kleinen Widerstandsverlust bewirkt, wenn die Strömungsgeschwin­ digkeit groß ist.

Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Turbine mit einer zweifach spiralförmigen Struktur anzugeben, die im wesentlichen keinen Stoß beim Übergang von den beiden unterschiedlichen Betriebszu­ ständen bewirkt.

Diese Aufgaben und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch eine Turbine mit einer variablen Fördermenge gelöst, die ein Gehäuse, das einen ersten spiralförmigen Durchgang, einen zweiten spiralförmigen Durchgang mit einem mit dem ersten spiralförmigen Durch­ gang gemeinsamen mittleren Bereich und einen axialen Durchgang, der mit dem den beiden spiralförmigen Durch­ gängen gemeinsamen Bereich zusammenwirkt, bestimmt, ein drehbar in dem gemeinsamen mittleren Bereich der spiral­ förmigen Durchgänge angeordnetes Turbinenrad und eine Mehrzahl von Düsen mit einer variablen Fläche aufweist, die in einem Bereich des zweiten spiralförmigen Durch­ ganges neben dem gemeinsamen mittleren Bereich und diesen umgebend angeordnet sind.

Gemäß einer ersten Idee der vorliegenden Erfindung werden die Düsen mit der variablen Fläche in einen minimal geöffneten oder im wesentlichen geschlossenen Zustand gebracht, so daß das Arbeitsfluid im wesentlichen nur durch den ersten spiralförmigen Durchgang gerichtet werden kann, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsfluids kleiner ist als ein bestimmter vorge­ schriebener Wert. Außerdem wird die Größe der Düsen mit der variablen Fläche entsprechend der Strömungsgeschwin­ digkeit des Arbeitsfluids eingestellt, so daß das Ar­ beitsfluid durch den ersten und zweiten spiralförmigen Durchgang gerichtet werden kann, wenn die Strömungsge­ schwindigkeit größer ist als der vorgeschriebene Wert.

Gemäß einer weiteren Idee der Erfindung wird der erste spiralförmige Durchgang im wesentlichen durch ein Steuerventil verschlossen und wird die Größe der Düsen mit der variablen Fläche gemäß der Strömungsgeschwindig­ keit des Arbeitsfluids derart eingestellt, daß das Arbeitsfluid im wesentlichen nur durch den zweiten spiralförmigen Durchgang geführt wird, wenn die Strö­ mungsgeschwindigkeit des Arbeitsfluids kleiner ist als ein bestimmter vorgeschriebener Wert. Außerdem wird das Steuerventil geöffnet und werden die Düsen mit der variablen Fläche in einem Zustand, in dem sie maximal geöffnet sind, oder in einem Zustand, in dem sie im wesentlichen geöffnet sind, gehalten, so daß das Ar­ beitsfluid durch den ersten und zweiten spiralförmigen Durchgang gerichtet wird, wenn die Strömungsgeschwindig­ keit größer ist als der vorbestimmte Wert.

In jedem Falle wird dafür Sorge getragen, daß die Turbine ihren Betriebszustand fein einstellen kann, ohne daß ein übermäßiger Gegendruck bzw. Rückstau an ihrem Einlaßende geschaffen wird oder daß irgendwelche Stöße oder Verzögerungen über dem gesamten Geschwindigkeitsbe­ reich entstehen.

Die vorliegende Erfindung findet eine besonders geeig­ nete Anwendung bei der Auspuffturbine eines Turboladers für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, die ein schnelles und glattes Ansprechen und einen extrem breiten Bereich des Betriebszustandes verlangt.

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestal­ tungen im Zusammenhang mit den Fig. näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Turboladers, der im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung anwendbar ist;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1; und

Fig. 3 einen Teilschnitt einer zweiten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt einen Turbolader für eine Brennkraftma­ schine, bei dem die Turbine mit der doppelt schnecken­ förmigen Struktur anwendbar ist. Dieser Turbolader weist ein Kompressorgehäuse 1, das eine in den Figuren nicht dargestellte Kompressoreinheit zum Komprimieren des Ansaugmediums einer Maschine aufnimmt, eine die Hinter­ seite des Kompressorgehäuses 1 verschließende Rückplatte 2, ein Gehäuse 3 einer Schmierungseinheit, in dem die Hauptwelle 10 des Turboladers drehbar gehalten wird und die Lager für die Hauptwelle geschmiert werden, und ein Turbinengehäuse 4 auf, das eine Turbineneinheit auf­ nimmt, die durch das Auspuffgas von der Maschine ange­ trieben wird, um über die Hauptwelle 10 eine Drehkraft an die Kompressoreinheit zu liefern.

Das Kompressorgehäuse 1 bestimmt innen einen Ansaug- Einlaßdurchgang 5, der sich in der axialen Richtung auswärts öffnet und einen spiralförmigen bzw. schnecken­ förmigen Durchgang 6, der als ein Auslaß für das Ansaug­ medium dient. Das Kompressorgehäuse 1 ist einstückig mit der Rückplatte 2 mit der Hilfe von mit Gewinden versehe­ nen Bolzen 8 verbunden, wobei zwischen dem Gehäuse 1 und den Bolzen 8 ein ringförmiges Teil 7 angeordnet ist. In der Mitte des spiralförmigen Durchganges 6 ist ein Kompressorrad 9 derart angeordnet, daß es neben dem inneren Ende des Einlaßdurchganges 5 angeordnet ist. Das Kompressorrad 9 ist einstückig an einem Ende der Haupt­ welle 10 mit der Hilfe einer Mutter 11 befestigt. Die Hauptwelle 10 wird drehbar in der Mitte des Gehäuses 3 der Schmierungseinheit gehalten.

Das Gehäuse 3 ist mit der Mitte der Rückplatte 2 verbun­ den. Der obere Bereich des Gehäuses 3 weist ein Einfüh­ rungsloch 12 für das Schmieröl auf, von dem aus das durch eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Schmierölpumpe gelieferte Schmieröl zu verschiedenen Bereichen der Lager für die Hauptwelle 10 über einen Schmieröldurchgang 13 geliefert wird. Das Schmieröl wird über einen Ausgang 14, der im unteren Bereich des Gehäuses 3 vorgesehen ist, ausgegeben bzw. ausgestoßen. Um zu verhindern, daß das Schmieröl in die Kompressor­ einheit eintritt, ist zwischen der Rückplatte 2 und dem Gehäuse 3 eine bekannte Abdichteinrichtung, wie bei­ spielsweise eine Abschirmplatte usw. angeordnet.

Das Turbinengehäuse 4 ist einstückig an dem anderen Ende des Gehäuses 3 der Schmierungseinheit zusammen mit einer Rückplatte 20 durch Aufschrauben von Muttern 17 auf Gewindebolzen 15 befestigt, die wiederum in das hintere Ende des Turbinengehäuses 4 geschraubt sind. Dabei ist ein ringförmiges Teil 16 zwischen einem Montageflansch des Gehäuses 3 und den Muttern 17 angeordnet. Das Innere des Turbinengehäuses 4 bestimmt einen ring- und spiral- bzw. schneckenförmigen Durchgang 21, der aus einem ersten spiral- bzw. schneckenförmigen Durchgang 25 und einem zweiten spiral- bzw. schneckenförmigen Durchgang 26 besteht, die voneinander durch eine Trennwand 24 getrennt sind. Der erste spiralförmige Durchgang 25 ist für eine feste Durchflußmenge entworfen, wobei seine Querschnittsfläche sich allmählich von seinem Einlaß 25 a zum mittleren Bereich des Turbinengehäuses 4, das das Turbinenrad 23 aufnimmt, verringert, ohne daß er irgend­ eine Steuereinrichtung für einen variablen Fluß auf­ weist. Andererseits weist der zweite spiralförmige Durchgang 26 ein Steuerventil 27 an seinem Einlaß 26 a auf, das dazu dient, den Fluß des in dem zweiten spiral­ förmigen Durchgang 26 eintretenden Auspuffgases zu steuern. Die Querschnittsfläche des zweiten spiralförmi­ gen Durchgangs 26 verringert sich in einer ähnlichen Weise allmählich von seinem Einlaß 26 a in Richtung auf den mittleren Bereich des Turbinengehäuses 4, weil er sich parallel zu dem ersten spiralförmigen Durchgang 25 erstreckt. Das Steuerventil 27 kann durch eine externe Antriebseinrichtung 51 betätigt werden, die ihrerseits durch eine Steuereinheit 53 gesteuert wird. Der mittle­ re Bereich des zweiten spiralförmigen Durchganges 26 der neben dem Außenumfang des Turbinenrades 23 außerhalb eines röhren- bzw. maulförmigen Bereiches 50, der als ein ringförmiger Bereich mit einem lokalen minimalen Querschnitt bestimmt ist, angeordnet ist, weist eine Düseneinheit 28 mit einer ringförmigen, variablen Fläche auf.

Diese Düseneinheit 28 mit der variablen Fläche kann beispielsweise aus einer Düseneinheit bestehen, wie sie in der US-Patentanmeldung 0 54 499 offenbar ist, die am 27. Mai 1987 angemeldet wurde. Sie kann, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist, vier bogenförmige feste Flügel 29 und vier bogenförmige bewegbare Flügel 30 aufweisen, die abwechslend entlang eines Kreises angeordnet sind, der konzentrisch zum Turbinenrad verläuft. Die axialen Enden der festen Flügel 29 sind einstückig mit in radialer Richtung vorstehenden, ringförmigen Wandberei­ chen 31 des Turbinengehäuses 4 verbunden, die sich von der Trennwand 24 aus nach außen in den zweiten spiral­ förmigen Durchgang 26 im wesentlichen parallel zur Rückplatte 20 erstrecken, während die anderen axialen Enden der festen Flügel 29 an der Rückplatte 20 mit der Hilfe von Gewindebolzen 32 befestigt sind, die sich durch die Rückplatte 20 in die festen Flügel 29 er­ strecken.

Die bewegbaren Flügel 30 werden an ihren Vorderkanten mit der Hilfe von Kipp- bzw. Drehzapfen 33 drehbar gehalten, die durch die Rückplatte 20 derart verlaufen, daß eine Düse mit einer variablen Fläche zwischen der Hinterkante jedes bewegbaren Flügels 30 und der Vorder­ kante des benachbarten festen Flügels 29 gebildet wird.

Die äußeren Enden der Drehzapfen 33 stehen von der hinteren Fläche der Rückplatte 20 vor und sind an eine externe Antriebseinrichtung 52 über einen Verbindungs­ mechanismus 34 zum Drehen der bewegbaren Flügel 30 um die Drehzapfen 33 verbunden. Die Antriebseinrichtung 52 wird auch durch die Steuereinheit 53 gesteuert. Die bewegbaren Flügel 30 können zwischen ihren völlig ge­ schlossenen Positionen, in denen sie zu den festen Flügeln 29 entlang der Umfangsrichtung ausgerichtet sind, um einen minimalen Öffnungsspalt g _min der Düse dazwischen zu bestimmen und den völlig geöffneten Posi­ tionen schwingen bzw. verschwenkt werden. In den völlig geöffneten Positionen sind die hinteren Kanten der bewegbaren Flügel 30 in der unmittelbaren Nähe des Umfanges des Turbinenrades 23 angeordnet, um den Zustand der Düsen zu bestimmen, in denen diese am meisten geöffnet sind.

Im folgenden wird der Betrieb der vorliegenden Turbine mit den beiden spiralförmigen Durchgängen für eine variable Durchflußmenge erläutert.

Im Bereich einer niedrigen Geschwindigkeit und im Leer­ laufzustand der Brennkraftmaschine verschließt das Steuerventil 27 vollständig den zweiten spiralförmigen Durchgang 26. Aus diesem Grunde wird das Auspuffgas zum Turbinenrad 23 nur über den ersten spiralförmigen Durch­ gang 25 geleitet. Der zweite spiralförmige Durchgang 26 weist einen kleineren Querschnitt als der erste spiral­ förmige Durchgang 25 auf und besitzt einen kleineren A/R-Wert, was dazu führt, daß das Turbinenrad 23 sogar mit einer kleinen Auspuffgas-Flußrate bzw. Strömungsge­ schwindigkeit angetrieben werden kann. Es kann daher selbst in dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich der Maschine ein ausreichender Grad der Überverdichtung erreicht werden.

Wenn die Drehzahl der Maschine einen vorbestimmten Wert Ne überschritten hat, wird das Steuerventil 27 vollstän­ dig geöffnet. Als Ergebnis wird das Auspuffgas zum Turbinenrad 23 sowohl über den ersten als auch über den zweiten spiralförmigen Durchgang 25 und 26 geleitet. Zu diesem Zeitpunkt nehmen die bewegbaren Flügel 30 ihre im wesentlichen geschlossenen Positionen ein und es besteht keine abrupte Änderung der Geschwindigkeit des zum Turbinenrad 23 gerichteten Auspuffgases. Dieser vorbe­ stimmte Wert Ne entspricht dem Intercept-Wert, bei dem der Grad der Überverdichtung Zuwächse selbst dann been­ det, wenn die Fließ- bzw. Strömungsgeschwindigkeit des Auspuffgases sich weiter vergrößert, wenn das Steuerven­ til 27 sich im völlig geöffneten Zustand befindet.

Wenn die Drehzahl der Maschine ansteigt, werden die bewegbaren Flügel 30 allmählich bzw. fortschreitend entsprechend der Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit des Auspuffgases geöffnet, um den Flußwiderstand in der Turbine zu verringern und um eine Verringerung des Wirkungsgrades der Maschine zu verhindern.

Alternativ kann das Steuerventil 27 weggelassen werden, so daß der Fluß des Auspuffgases durch den zweiten spiralförmigen Durchgang 26 ausschließlich durch die ringförmige, variable Düseneinheit 28 gesteuert werden kann. In diesem Fall wird die variable Düseneinheit 28 in dem Zustand gehalten, in dem sie am meisten geschlos­ sen ist, und wird der Fluß des Auspuffgases im wesent­ lichen nur durch den ersten spiralförmigen Durchgang 25 geleitet, bis die Drehzahl der Maschine den zuvorgenann­ ten vorbestimmten Wert Ne erreicht. Wenn die Drehzahl der Maschine den vorbestimmten Wert Ne einmal über­ schritten hat, wird die variable Düseneinheit 28 so gesteuert, daß die optimale Geschwindigkeit des zum Turbinenrad 23 gerichteten Auspuffgases erreicht wird.

Die Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist der schnecken- bzw. spiralförmige Durchgang 41, der um das Turbinenrad 40 herum ausgebildet ist, ebenfalls in einen ersten schnecken- bzw. spiralförmigen Durchgang 43 und einen zweiten schnecken- bzw. spiralförmigen Durchgang 44, die parallel zueinander verlaufen, durch eine Trenn­ wand 41 unterteilt. Das Einlaßende des ersten schnecken- bzw. spiralförmigen Durchganges 43 weist ein Steuerven­ til 45 auf, das durch eine externe Antriebseinrichtung 51 betätigt wird, um den Einlaß zum ersten schnecken- bzw. spiralförmigen Durchgang 43 selektiv zu verschlie­ ßen. Die Antriebseinrichtung 51 wird wiederum durch eine Steuereinheit 53 gesteuert. In dem ringförmigen Auslaß­ bereich des zweiten spiralförmigen Durchganges 44, der um das Turbinenrad 40 verläuft, ist außerhalb eines röhren- bzw. maulförmigen Bereiches 50, der als ein ringförmiger Bereich definiert ist, der einen lokalen minimalen Querschnitt aufweist, eine Düseneinheit 46 mit einer variablen Fläche vorgesehen, die der Düseneinheit 28 mit der variablen Fläche der voranstehenden Ausfüh­ rungsform ähnelt. Die Düseneinheit 46 mit der variablen Fläche weist bewegbare Flügel 47 auf, die in Zusammen­ wirkung mit benachbarten bewegbaren Flügeln 47 oder alternativ festen Flügeln, die in den Zeichnungen nicht dargestellt sind, variable Düsenflächen bestimmen. Es wird darauf hingewiesen, daß Düseneinheiten mit einer variablen Fläche ausschließlich bewegbare Flügel oder eine Kombination aus festen Flügeln und bewegbaren Flügeln aufweisen können. Die bewegbaren Flügel 47 werden verschwenkbar durch Kipp- oder Drehzapfen 48 an ihren Vorderkanten gehalten. Die äußeren Enden dieser Drehzapfen 48, die in Richtung auf das vordere Ende der Turbine der vorliegenden Ausführungsform vorstehen, sind über einen Verbindungsmechanismus 49 mit einer externen Antriebseinrichtung 52 verbunden, die wiederum durch die Steuereinheit 53 gesteuert wird.

Im folgenden wird nun der Betrieb der zweiten Ausfüh­ rungsform im Zusammenhang mit der Fig. 3 erläutert.

Wenn die Maschine im Leerlauf arbeitet oder mit einer niedrigen Geschwindigkeit läuft, verschließt das Steuer­ ventil 45 im wesentlichen den ersten spiralförmigen Durchgang 43 vollständig. Die Düseneinheit 46 mit der variablen Fläche befindet sich in dem Zustand, in dem sie am meisten geschlossen ist, wenn die Maschine leer­ läuft. Sie öffnet ihre Düsen allmählich, wenn die Dreh­ zahl der Maschine zunimmt, um die Geschwindigkeit des zum Turbinenrad gerichteten Auspuffgases auf einen optimalen Pegel zu einzustellen. Wenn die Strömungsge­ schwindigkeit des Auspuffgases sich ausreichend ver­ größert hat, und wenn die Düseneinheit 46 mit der variablen Fläche ihre Düsen vollständig geöffnet hat, öffnet das Steuerventil 45 den ersten spiralförmigen Durchgang. Auf diese Weise kann die Turbine durch Ver­ größerung der effektiven Querschnittsfläche des zum Turbinenrad 40 führenden Durchganges durch Öffnen des Steuerventiles 45 ihren Betrieb aufrechterhalten, ohne daß der Gegendruck bzw. Rückstau an ihrem Einlaßende selbst dann, wenn die Drehzahl der Maschine hoch ist und die Strömungsgeschwindigkeit des Auspuffgases dement­ sprechend groß ist, unverhältnismäßig vergrößert wird. Das Steuerventil 45 kann nach Wunsch entweder graduell oder abrupt geöffnet werden. Selbst dann, wenn es abrupt geöffnet wird, wird kein beträchtlicher Stoß verursacht, weil die Strömungsgeschwindigkeit bereits beträchtlich groß ist.

Durch die vorliegende Erfindung kann daher durch Verbin­ den einer zweifachen spiralförmigen Struktur und einer Struktur mit einer variablen Düseneinheit der effektive Bereich der Strömungsgeschwindigkeit der Turbine ausge­ dehnt werden. Insbesondere kann dann, wenn diese Turbine als eine Auspuffturbine eines Turboladers verwendet wird, ein hoher Grad der Überverdichtung selbst bei einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich der Maschine erhalten werden. Außerdem kann dann ein hoher Grad der Überverdichtung im hohen Geschwindigkeitsbereich der Maschine erreicht werden, ohne daß ein übermäßiger Gegendruck bzw. Rückstau im Auspuffsystem der Maschine geschaffen wird oder daß irgendwelche Stöße oder Verzö­ gerungen während des gesamten Geschwindigkeitsbereiches entstehen.

Die Erfindung betrifft eine radiale Turbine, die eine zweifache, spiralförmige Struktur und eine Düsenstruktur mit einer variablen Fläche kombiniert. Diese Turbine ist zur Verwendung als eine Auspuffturbine eines Turboladers für die Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges geeignet. Der erste spiralförmige Durchgang 25, 43 weist keine Steuereinrichtung für die Strömung auf, während der zweite spiralförmige Durchgang 26 eine variable Düsen­ einheit 28 aufweist, so daß nur der erste spiralförmige Durchgang 25 zusammen mit dem im wesentlichen geschlos­ senen zweiten spiralförmigen Durchgang 26 niedrigen Ge­ schwindigkeitsbereich der Maschine verwendet wird. Die variable Düseneinheit 28 wird nur dann betätigt, wenn die Drehzahl der Maschine über einen bestimmten Wert hinaus vergrößert wird. Alternativ ist es durch Vorse­ hung eines Steuerventiles 27, 45 in dem ersten spiral­ förmigen Durchgang 25, 43 möglich, die Düseneinheit 46 einzustellen, wobei das Ventil 45 mit der variablen Fläche im niedrigen Geschwindigkeitsbereich geschlossen gehalten wird, und sowohl die Düseneinheit 46 mit der variablen Fläche und das Steuerventil 45 im Hochge­ schwindigkeitsbereich zu öffnen. In jedem Falle kann die Turbine ihren Betriebszustand fein einstellen, ohne daß ein übermäßiger Gegendruck bzw. Rückstau an ihrem Ein­ laßende geschaffen wird, oder daß irgendwelche Stöße oder Verzögerungen während des gesamten Geschwindig­ keitsbereiches verursacht werden.

Claims (5)

1. Turbine einer variablen Fördermenge, gekenn­ zeichnet durch ein einen ersten spiralförmigen Durchgang (25, 43), einen zweiten spiralförmigen Durchgang (26, 44) mit einem mit dem ersten spiralförmigen Durchgang (25, 43) gemeinsamen mittleren Bereich und einen axialen Durchgang (22), der mit dem gemeinsamen mittleren Bereich der spiralförmigen Durchgänge zusam­ menwirkt, bestimmendes Gehäuse (4), ein Turbinenrad (23, 40), das in dem den spiralförmigen Durchgängen gemeinsa­ men mittleren Bereich drehbar angeordnet ist und eine Mehrzahl von Düsen (28, 46) mit einer variablen Fläche, die in einem Bereich des zweiten spiralförmigen Durch­ ganges (26, 44) neben dem gemeinsamen mittleren Bereich und diesen umgebend angeordnet sind.

2. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sie ferner eine Steuereinrichtung (52) auf­ weist, die einen minimal geöffneten Zustand der Düsen (28, 46) mit der variablen Fläche herstellt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsfluids kleiner ist als ein bestimmter vorgeschriebener Wert, und die die Größe der Düsen (28, 46) mit der variablen Fläche entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit des Arbeits­ fluids einstellt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit größer ist als der vorgeschriebene Wert.

3. Turbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Steuerventil (27) in einem Einlaß-Endbe­ reich des zweiten spiralförmigen Durchganges (26) ange­ ordnet ist, um den zweiten spiralförmigen Durchgang (26) zu verschließen, wenn die Strömungsgeschwindigkeit kleiner ist als der vorgeschriebene Wert.

4. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Steuerventil (45) am Einlaß-Endbereich des ersten spiralförmigen Durchgan­ ges (43) vorgesehen ist, daß eine Steuereinrichtung (51) vorgesehen ist, die das Steuerventil (45) verschließt und die Größe der Düsen (46) mit der variablen Fläche entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit des Arbeits­ fluids einstellt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit kleiner ist als ein bestimmter vorgeschriebener Wert und die das Steuerventil (45) öffnet und einen maximal geöffneten Zustand der Düsen (46) mit der variablen Fläche aufrechterhält, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsfluids größer ist als der bestimmte vorge­ schriebene Wert.

5. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als die Auspuffturbine eines Turboladers einer Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug verwendet wird.