DE4011818A1 - IC engine exhaust gas turbocharger - has two work turbine running wheels and reduction gear for power transmission - Google Patents

IC engine exhaust gas turbocharger - has two work turbine running wheels and reduction gear for power transmission

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Abstract

The exhaust gas turbocharger has a compressor turbine with running wheel, a work turbine with a first running wheel, a turbine shaft connecting the two running wheels, and a further second work turbine running wheel coupled to a redn. gear connected to an IC engine power take-off. The second work turbine running wheel (7) is arranged coaxially around the first running wheel (6). The redn. gear (13) is fitted in a charger housing (8) between the work (4) and compressor (4) turbines, and has a hollow shaft (14) which encloses the turbine shaft (9) coaxially. USE/ADVANTAGE - To render the construction of an exhaust gas turbo-charge more compact, and to improve the effect of the work turbine between the lower and upper part load ranges.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgasturbolader mit einer Verdichterturbine mit Laufrad, mit einer Arbeitsturbine mit einem ersten Laufrad, mit einer die beiden Laufräder verbin­ denden Turbinenwelle, mit einem weiteren zweiten Arbeitsturbi­ nenlaufrad, wobei dieses Laufrad mit einem Untersetzungs­ getriebe gekoppelt ist und welches mit einem Leistungsabnehmer einer Brennkraftmaschine verbunden ist.The invention relates to an exhaust gas turbocharger with a Compressor turbine with impeller, with a working turbine with a first impeller, with one connecting the two impellers ending turbine shaft, with another second working turbine inner impeller, this impeller with a reduction gear gear is coupled and which with a power consumer an internal combustion engine is connected.

Ein Abgasturbolader der gattungsgemäßen Bauart ist aus der DE-PS 9 62 764 bekannt.An exhaust gas turbocharger of the generic type is from the DE-PS 9 62 764 known.

Die vorliegende Erfindung macht sich zur Aufgabe, die Bauform des Turboladers kompakter zu gestalten und den Wirkungsgrad der Arbeitsturbine zwischen dem unteren und dem oberen Teillastbe­ reich zu verbessern.The object of the present invention is the design to make the turbocharger more compact and the efficiency of the Power turbine between the lower and the upper part load rich to improve.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.The task is according to the invention by the characteristic Features of claim 1 solved.

Hierbei wird das zweite Arbeitsturbinenlaufrad in das Spiral­ gehäuse der Arbeitsturbine verlegt und so angeordnet, daß es das erste Arbeitsturbinenrad koaxial umgibt. Die Schaufeln des zweiten Laufrades befinden sich dabei im Überströmkanal der Turbinenspirale. Mit dem zweiten Laufrad ist eine Welle eines Untersetzungsgetriebes verbunden, über das die vom Abgas an den Schaufeln des zweiten Laufrades geleistete Arbeit an einen Leistungsaufnehmer weitergegeben wird. Das Untersetzungsge­ triebe befindet sich zwischen dem Verdichter und dem Arbeits­ turbinengehäuse und ist dort im Ladergehäuse gelagert, wobei die Welle des Untersetzungsgetriebes hohl ausgebildet ist und die Antriebswelle der Turbine umgibt. Aufgrund dieser Anordnung des Getriebes sowie der Integration des zweiten Arbeitsturbi­ nenlaufrades in das Arbeitsturbinengehäuse wird eine kompaktere Bauform des Turboladers erreicht. Die Untersetzung des Getrie­ bes wird durch eine Turbinendrehzahlregelung am Leistungsab­ nehmer in der Weise gesteuert, daß bei niedriger Drehzahl des ersten Arbeitsturbinenlaufrades - also im unteren bis oberen Teillastbereich - das Getriebe blockiert ist und bei hoher Drehzahl in höheren Lastbereichen das Getriebe freigegeben wird. Durch die Blockade des Getriebes im Teillastbereich steht das zweite Arbeitsturbinenlaufrad still, wirkt dabei als Leit­ gitter zur besseren Anströmung des ersten Arbeitsturbinenlauf­ rades. Die Leitschaufeln sind deshalb in vorteilhafter Weise im Überströmkanal des Turbinengehäuses angeordnet. Durch die da­ durch erzielten günstigeren Anströmbedingungen für das erste Laufrad wird der Wirkungsgrad in der Arbeitsturbine im Teil­ lastbereich verbessert.Here, the second working turbine impeller is in the spiral Cased the power turbine and arranged so that it coaxially surrounds the first working turbine wheel. The blades of the second impeller are in the overflow channel Turbine spiral. With the second impeller, one shaft is one Reduction gear connected via which the exhaust gas to the  Buckets of the second impeller did work on one Power recipient is passed on. The reduction gear drive is located between the compressor and the work turbine housing and is stored there in the charger housing, whereby the shaft of the reduction gear is hollow and surrounds the drive shaft of the turbine. Because of this arrangement the transmission and the integration of the second power turbine impeller in the power turbine housing becomes a more compact one Design of the turbocharger reached. The gear reduction bes is through a turbine speed control on the power output controlled in such a way that at low speed the first working turbine impeller - in the lower to upper Partial load range - the transmission is blocked and at high Speed in higher load ranges the gearbox is released becomes. Due to the blockage of the gearbox in the partial load range the second working turbine impeller is still, acts as a guide grille for better flow against the first working turbine run rades. The guide vanes are therefore advantageously in the Overflow channel of the turbine housing arranged. Because of that by achieving more favorable inflow conditions for the first Impeller is the efficiency in the power turbine in the part load range improved.

Durch die zusätzliche Ausbildung des zweiten Arbeitsturbinen­ laufrades aus einem keramischen Werkstoff nach Anspruch 5 wird die Fliehkraftbelastung des Laufrades aufgrund der niedrigen Dichte von Keramik gering gehalten. Dabei nimmt das Massen­ trägheitsmoment des Abtriebs ab und gleichzeitig sein An­ sprechverhalten zu. Zur Stabilität des zweiten Laufrades sind darüber hinaus kreisringförmige Deckscheiben nach Anspruch 6 vorgesehen, zwischen denen die Schaufeln angeordnet und befe­ stigt sind. Eine besondere Ausgestaltung des Abgasturboladers liegt nach Anspruch 8 in der Verlegung des Turbinenwellenlagers in die Nabe eines verdichterseitigen Lufteinlaufgehäuses. Dies soll die Temperaturbelastung des Lagers mindern und damit seine Lebensdauer erhöhen.Through the additional training of the second power turbine impeller made of a ceramic material according to claim 5 the centrifugal load of the impeller due to the low Density of ceramics kept low. The masses take away moment of inertia of the output and at the same time its on speaking behavior. For the stability of the second wheel moreover, annular cover disks according to claim 6 provided between which the blades are arranged and befe are steady. A special design of the exhaust gas turbocharger lies according to claim 8 in the laying of the turbine shaft bearing into the hub of an air inlet housing on the compressor side. This  should reduce the temperature load on the bearing and thus its Increase lifespan.

In der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung wird ein Ausfuh­ rungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.In the following description of the drawing is an excerpt Example of the invention explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Abgasturbolader in einem Längsschnitt; Figure 1 shows the exhaust gas turbocharger according to the invention in a longitudinal section.

Fig. 2 die Laufräder der Arbeitsturbinen des Abgas­ turboladers im Schnitt gemäß der Linie II-II aus Fig. 1. Fig. 2, the impellers of the turbine work of the turbocharger in the section along the line II-II in FIG. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Abgasturbolader umfaßt eine Ver­ dichterturbine 1, die sich aus einem Spiralgehäuse 2 und einem Laufrad 3 zusammensetzt; sowie einer Arbeitsturbine 4, die aus einem Spiralgehäuse 5 und einem ersten Laufrad 6 sowie einem zweiten Laufrad 7 besteht. Beide Spiralgehäuse sind seitlich an einem Ladergehäuse 8 angeflanscht. Die Laufräder 3 und 6 sind mit einer Turbinenwelle 9 drehfest verbunden, welches über Wälzlager 10 in einer Nabe 11 in einem verdichterseitigen Lufteinlaßgehäuse 12 gelagert ist. Des weiteren ist im Ladergehäuse 8 zwischen den beiden Turbinengehäusen 2 und 5 ein Untersetzungsgetriebe 13 gelagert, welches hier aus einer Zahnradwelle 14 und einem Zahnrad 15 besteht. Am Zahnrad 15 sind Leistungsabnehmer angeschlossen, die beispielsweise eine Kühlmittelpumpe, einen Lüfter oder Generatoren darstellen kön­ nen, welche hier nicht näher bezeichnet werden. Die Zahnrad­ welle 14 ist dabei hohl ausgebildet und umgibt die Turbinen­ welle 9. The exhaust gas turbocharger shown in Figure 1 comprises a compressor turbine 1 , which is composed of a volute casing 2 and an impeller 3 ; and a power turbine 4 , which consists of a spiral housing 5 and a first impeller 6 and a second impeller 7 . Both volute casings are flanged to the side of a charger casing 8 . The impellers 3 and 6 are connected in a rotationally fixed manner to a turbine shaft 9 which is mounted in a hub 11 in a compressor-side air inlet housing 12 via roller bearings 10 . Furthermore, a reduction gear 13 is mounted in the charger housing 8 between the two turbine housings 2 and 5 , which here consists of a gear shaft 14 and a gear 15 . Power consumers are connected to the gear 15 , which can represent, for example, a coolant pump, a fan or generators, which are not described in more detail here. The gear shaft 14 is hollow and surrounds the turbine shaft 9 .

Gemäß Fig. 2 besteht das zweite Laufrad 7 der Arbeitsturbine 4 aus einer Kreisscheibe 16, welche als Nabe eine hülsenförmige Durchführung 17 aufweist. Am Umfangsbereich der Kreisscheibe 16 sind Leitschaufeln 18, die vorzugsweise aus Keramik bestehen sollen, mit einer Klebeverbindung auf der Kreisscheibe 16 be­ festigt. Der Durchmesser der Kreisscheibe ist dabei so festge­ legt, daß die am Umfangsbereich 19 angeordneten Leitschaufeln 18 innerhalb eines Überströmkanals 20 zwischen Laufrad 6 und einem Spiralkanal im Spiralgehäuse 5 liegen. Die innerhalb des Überströmkanals 20 angeordneten Leitschaufeln 18 umgeben dabei Schaufeln 21 des Turbinenrades 6 konzentrisch und zwar derart, daß sich bis auf einen Spalt der radiale Bereich der Schaufeln 21 unmittelbar an die Leitschaufeln radial außen anschließt. Zur Stabilisierung der Schaufeln 18 gegen die Fliehkraftbe­ lastung können zusätzlich an ihren Enden 22 und 23 zwei kreis­ ringförmige Deckscheiben 24 und 25 angebracht werden, wobei die Deckscheibe 24 die Enden 22 und die Deckscheibe 25 alle Enden 23 untereinander verbindet. Dabei kann die Deckscheibe 24 auf der Kreisscheibe 16 geklebt sein. Das Laufrad 7 ist schließlich über die Durchführung 17 der Kreisscheibe 16 mit der Zahnrad­ welle 14 des Getriebes 13 an deren arbeitsturbinenseitigem Ende 26 durch einen Preßsitz 27 gekoppelt.According to FIG. 2, 7, the second impeller of the power turbine 4 of a circular disk 16 having a hub carrying a sleeve-shaped 17th At the circumferential area of the circular disk 16 , guide vanes 18 , which should preferably be made of ceramic, are fastened with an adhesive connection to the circular disk 16 . The diameter of the circular disk is so festge that the arranged on the peripheral region 19 guide vanes 18 are within an overflow channel 20 between the impeller 6 and a spiral channel in the spiral housing 5 . The guide vanes 18 arranged within the overflow channel 20 concentrically surround the blades 21 of the turbine wheel 6 in such a way that, apart from a gap, the radial region of the blades 21 directly adjoins the guide blades radially on the outside. To stabilize the blades 18 against the centrifugal load, two circular ring-shaped cover plates 24 and 25 can additionally be attached to their ends 22 and 23 , the cover plate 24 connecting the ends 22 and the cover plate 25 to all ends 23 with one another. The cover plate 24 can be glued to the circular disc 16 . The impeller 7 is finally coupled via the bushing 17 of the circular disk 16 to the gear shaft 14 of the transmission 13 at its end 26 at the turbine end by a press fit 27 .

Claims (8)

1. Abgasturbolader mit einer Verdichterturbine mit Laufrad, mit einer Arbeitsturbine mit einem ersten Laufrad, mit einer die beiden Laufräder verbindenden Turbinenwelle, mit einem weiteren zweiten Arbeitsturbinenlaufrad, wobei dieses Laufrad mit einem Untersetzungsgetriebe gekoppelt ist und welches mit einem Lei­ stungsabnehmer einer Brennkraftmaschine verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Arbeitsturbinenlaufrad (7) koaxial um das erste Laufrad (6) angeordnet ist und daß das Untersetzungsgetriebe (13) in einem Ladergehäuse (8) zwischen der Arbeits- (4) und der Verdichterturbine (1) liegt und eine Welle (14) besitzt, welche hohl ausgebildet ist und die Turbinenwelle (9) koaxial umgibt.1. exhaust gas turbocharger with a compressor turbine with an impeller, with a working turbine with a first impeller, with a turbine shaft connecting the two impellers, with a further second working turbine impeller, this impeller being coupled to a reduction gear and which is connected to a power take-off of an internal combustion engine, characterized in that said second power turbine impeller (7) is arranged coaxially around the first impeller (6), and that the reduction gear (13) is located in a charger housing (8) between the working (4) and the compressor turbine (1) and a shaft ( 14 ), which is hollow and coaxially surrounds the turbine shaft ( 9 ). 2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Arbeitsturbinenlaufrad (7) aus einer Kreis­ scheibe (16) und Leitschaufeln (18) besteht, wobei die Leit­ schaufeln (18) in einem Überströmkanal (20) zwischen Spiralge­ häuse (5) und dem ersten Arbeitsturbinenlaufrad (6) angeordnet und im randnahen Bereich (19) der Kreisscheibe (16) darauf be­ festigt sind.2. Exhaust gas turbocharger according to claim 1, characterized in that the second working turbine impeller ( 7 ) consists of a circular disc ( 16 ) and guide vanes ( 18 ), the guide vanes ( 18 ) in an overflow channel ( 20 ) between Spiralge housing ( 5 ) and the first working turbine impeller ( 6 ) are arranged and in the near-edge region ( 19 ) of the circular disc ( 16 ) are fastened thereon. 3. Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisscheibe (16) eine konzentrische Durchführung (17) besitzt, die verdichterseitig als Hülse ausgebildet ist.3. Exhaust gas turbocharger according to claim 1 or 2, characterized in that the circular disc ( 16 ) has a concentric passage ( 17 ) which is designed as a sleeve on the compressor side. 4. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung (17) an einem arbeitsturbinenseitigen Ende (26) der Getriebewelle (14) durch einen Preßsitz (27) verbunden ist.4. Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 3, characterized in that the bushing ( 17 ) is connected to a working turbine-side end ( 26 ) of the gear shaft ( 14 ) by a press fit ( 27 ). 5. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Arbeitsturbinenlaufrad (7) aus Keramik besteht.5. Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second working turbine impeller ( 7 ) consists of ceramic. 6. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (18) des zweiten Arbeitsturbinenlaufrades (7) mit ihren oberen und unteren Enden (23, 22) über je eine kreis­ ringförmige Deckscheibe (25, 24) miteinander verbunden sind.6. Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 5, characterized in that the blades ( 18 ) of the second working turbine impeller ( 7 ) with their upper and lower ends ( 23 , 22 ) each connected to one another by an annular cover plate ( 25 , 24 ) are. 7. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich am Untersetzungsgetriebe (13) eine Regelung befindet, die das Getriebe im unteren bis oberen Teillastbereich sperrt und im höheren Lastbereich hinzuschaltet.7. Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 6, characterized in that there is a control on the reduction gear ( 13 ) which blocks the transmission in the lower to upper part-load range and connects in the higher load range. 8. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenwelle (9) in einer Nabe (11) in einem Luftein­ laufgehäuse (12) verdichterseitig gelagert ist.8. Exhaust gas turbocharger according to one of claims 1 to 7, characterized in that the turbine shaft ( 9 ) in a hub ( 11 ) in an air inlet housing ( 12 ) is mounted on the compressor side.
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