DE4409238A1

DE4409238A1 - Brennkraftmaschine mit Abgasturboauflaufladung

Info

Publication number: DE4409238A1
Application number: DE4409238A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Elvekjaer
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1995-09-21
Also published as: JPH07259574A; US5473897A; GB9503435D0; GB2287508B; GB2287508A; KR950033011A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Abgastur boaufladung, die mit zwei Abgasturboladern verbunden ist.

Stand der Technik

Aus dem DE-GM 70 04 611 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, an der mittels Stützelementen zwei baugleiche Abgasturbola der befestigt sind. Sie leiten das in entgegengesetzter Rich tung ausströmende Abgas in ein einfaches, als Verbindungsele ment zwischen ihnen angeordnetes Turbinenabströmgehäuse ein. Diese Lösung weist jedoch den Nachteil auf, daß die Abgase relativ schnell und damit ohne Möglichkeit zur Rückgewinnung der Abgasenergie abgeleitet werden.

Entsprechend der DE-C2-31 08 288 ist eine Brennkraftmaschine mit ebenfalls zwei in Strömungsrichtung gegeneinander ange ordneten, jeweils einen Radialverdichter und eine Radialtur bine aufweisenden Abgasturboladern bekannt, welche diesen Nachteil beseitigt. Dazu sind im gemeinsamen Turbinenabström gehäuse eine Anzahl strömungsgünstig ausgebildeter Bauteile angeordnet, welche die Abströmgeschwindigkeit der Abgase ver ringern und so einen relativ hohen Rückgewinn an Geschwindig keitsenergie gewährleisten.

Neuere Abgasturbolader arbeiten jedoch mit wesentlich höherer Aufladung, wobei durch kleinere Radialturbinen Abgasströme mit einer größeren Geschwindigkeitsenergie erzeugt werden, die anschließend in einen höheren statischen Druck umgewan delt wird. Bei derartige Radialturbinen verläuft die Dreh richtung der Abgase umgekehrt zur Rotordrehrichtung der Tur bine. Sie erzeugen ein Drall der Abgase, welcher seinerseits lokal hohe Strömungsgeschwindigkeiten zur Folge hat.

Aufgrund dieser hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Abgase kann eine Vorrichtung entsprechend der DE-C2-31 08 288, d. h. insbesondere die im Turbinenabströmgehäuse angeordneten strö mungsgünstig ausgebildeten Bauteile, nicht für Abgasturbola der mit wesentlich höherer Aufladung eingesetzt werden, ohne die angestrebte Wirkung der Strömungsverzögerung mit Erhöhung des statischen Druckes zu beeinträchtigen. Damit würde es bei Verwendung dieser Lösung sogar zu einem verringerten Wir kungsgrad der Abgasturbolader kommen.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht, all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit zwei Abgasturboladern verbundene Brennkraftmaschine mit verringerten Strömungsverlusten und verbessertem Wirkungsgrad zu schaffen, die beson ders für höhere Aufladung geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei einer Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, beide Abgas turbolader seitlich versetzt zueinander angeordnet sind. Der seitliche Abstand der Achsen der Abgasturbolader, d. h. der Abstand von einer gedachter Achsverlängerung zur Wand des Turbinenabströmgehäuses ist auf der Abströmseite der Radial turbinen größer als der seitliche Abstand zur jeweils gegen überliegenden Wand ausgebildet. Die Diffusoraustritte der Ra dialturbinen sind punktsymmetrisch zum Mittelpunkt der Mit telwand angeordnet.

Dadurch wird auf der Abströmseite des Abgases ausreichend Platz zwischen dem jeweiligen Austritt der Radialturbine und der Wand des Turbinenabströmgehäuses geschaffen, so daß das vorwiegend dort entlangströmende Abgas ohne nochmals be schleunigt zu werden über den Kamin abgeleitet werden kann. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht damit in der Strömungsverzögerung der Abgase, d. h. in der Vermeidung von Strömungsverlusten und zwar unabhängig vom Aufladungsumfang der Abgasturbolader. Auf diese Weise ist eine Erhöhung des statischen Druckes und damit des Wirkungsgrades der Turbola der bzw. der Brennkraftmaschine gewährleistet.

In einer anderen Ausgestaltungsform der Erfindung besteht das Turbinenabströmgehäuse aus zwei seitenverkehrt zueinander ausgebildeten, an der Mittelwand miteinander verbundenen und entsprechend des Strömungsverlaufs der beiden Abgasströme ausgeformten Gehäuseteilen. Dadurch wird vorteilhaft ein be sonders günstiges Abströmverhalten der Abgase erreicht.

In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Kamin zumindest annähernd elliptisch ausgebildet. Seine große Achse ist zur jeweiligen Abströmseite der Radialturbinen hin ausgerichtet. Auf diese Weise wird ein direkter Übergang der Abgase in den Kamin und damit ebenfalls ein besonders günstiges Abströmverhalten ermöglicht.

In allen Ausgestaltungsformen der Erfindung kann im Turbinen abströmgehäuse und zwar in der Verlängerung der Achsen der Abgasturbolader, jeweils ein trichterförmiger Nabenkörper an geordnet werden, dessen Basis an der Mittelwand des Turbinen abströmgehäuses anschließt. Damit ist eine Verbesserung des Abströmverhalten der Abgase bereits bei deren Eintritt in das Turbinenabströmgehäuse realisierbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfin dung anhand eines Turbinenabströmgehäuses mit Kamin und Dif fusoraustritt dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Turbi nenabströmgehäuse;

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Turbinenabströmgehäuse entlang der Linie II-II in Fig. 1, von hinten be trachtet;

Fig. 3 eine Darstellung analog Fig. 2, jedoch von vorn be trachtet;

Fig. 4 eine Darstellung analog Fig. 2, jedoch in einer anderen Ausgestaltungsform;

Fig. 5 eine Darstellung analog Fig. 4, jedoch von vorn be trachtet;

Fig. 6 eine Darstellung entsprechend Fig. 1, jedoch in einer anderen Ausgestaltungsform.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli chen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise die Brennkraftmaschine und der Radialverdich ter des Abgasturboladers. Die Strömungsrichtung des Arbeits mittels ist mit Pfeilen bezeichnet.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Zur Aufladung einer Brennkraftmaschine ist diese mit zwei Ab gasturboladern 1, 1′ verbunden, deren Radialturbinen 2, 2′ in ein gemeinsames Turbinenabströmgehäuse 3 einmünden. Die Ra dialturbinen 2, 2′ besitzen jeweils einen Abgasdiffusor 4, 4′ dessen Diffusoraustritt 5, 5′ in das Turbinenabströmgehäuse 3 hineinragt. Eine Mittelwand 6 trennt beide Abgasströme 7, 7′ voneinander. Die Abgasturbolader 1, 1′ sind seitlich versetzt zueinander, in einer gemeinsamen horizontalen Ebene und die Diffusoraustritte 5, 5′ symmetrisch zum Mittelpunkt 8 der Mit telwand 6 angeordnet.

Der seitliche Abstand der Achsen 9, 9′ der Abgasturbolader 1, 1′ bzw. der Radialturbinen 2, 2′ zur Wand 10, 10′ des Turbi nenabströmgehäuses 3 ist auf der Abströmseite 11, 11′ der Ra dialturbinen 2, 2′ größer als deren seitlicher Abstand zur jeweils gegenüberliegenden Wand 12, 12′ ausgebildet. Damit entsteht auf der Abströmseite 11, 11′ ein Freiraum 13, 13′ zwi schen den Diffusoraustritten 5, 5′ und der Wand 10, 10′, der wesentlich größer als der Zwischenraum 14, 14′ zur jeweils gegenüberliegenden Wand 12, 12′ ausgebildet ist. Am Turbinen abströmgehäuse 3 ist ein zentraler Kamin 15 angeordnet (Fig. 1).

Beide von den Radialturbinen 2, 2′ kommenden Abgasströme 7, 7′ werden durch die Diffusoraustritte 5, 5′ in das Turbinenab strömgehäuse 3 eingeleitet. Dort gelangen sie, jeweils auf der Abströmseite 11, 11′ durch den erfindungsgemäß vergrößerten Freiraum 13, 13′ in den Kamin 15 (Fig. 2, Fig. 3).

In einem anderen Ausführungsbeispiel besteht das Turbinenab strömgehäuse 3 aus zwei seitenverkehrt zueinander ausgebilde ten, an der Mittelwand 6 miteinander verbundenen und entspre chend des Strömungsverlaufs der beiden Abgasströme 7, 7′ aus geformten Gehäuseteilen 16, 16′ (Fig. 4, Fig. 5). Diese leiten die Abgasströme 9, 9′ strömungsgünstig in den Kamin 15.

Gemäß einem nächsten Ausführungsbeispiel ist der Kamin 15 elliptisch ausgebildet. Seine große Achse 17 ist zur jeweili gen Abströmseite 11, 11′ der Radialturbinen 2, 2′ ausgerichtet (Fig. 6). Damit wird ein strömungsgünstiger Übergang der Ab gasströme 7, 7′ vom Turbinenabströmgehäuse 3 in den Kamin 15 erreicht.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind im Turbinenab strömgehäuse 3, jeweils in der Verlängerung der Achsen 9, 9′ der Abgasturbolader 1, 1′, trichterförmige Nabenkörper 18, 18′ angeordnet, deren Basis 19, 19′ an der Mittelwand 5 anschließt (Fig. 6). Die Nabenkörper 18, 18′ ermöglichen einen strömungsgünstigen Eintritt der Abgasströme 7, 7′ in das Tur binenabströmgehäuse 3.

Bezugszeichenliste

1 Abgasturbolader
2 Radialturbine
3 Turbinenabströmgehäuse
4 Abgasdiffusor
5 Diffusoraustritt
6 Mittelwand
7 Abgasstrom
8 Mittelpunkt
9 Achse
10 Wand
11 Abströmseite
12 Wand, gegenüberliegende
13 Freiraum
14 Zwischenraum
15 Kamin
16 Gehäuseteil
17 Achse, große
18 Nabenkörper
19 Basis
1′ Abgasturbolader
2′ Radialturbine
4′ Abgasdiffusor
5′ Diffusoraustritt
7′ Abgasstrom
9′ Achse
10′ Wand
11′ Abströmseite
12′ Wand, gegenüberliegende
13′ Freiraum
14′ Zwischenraum
16′ Gehäuseteil
18′ Nabenkörper
19′ Basis

Claims

1. Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung, bei der

a) zwei baugleiche, jeweils einen Radialverdichter und eine Radialturbine aufweisende, in einer gemeinsa men horizontalen Ebene sowie in Strömungsrichtung gegeneinander angeordnete Abgasturbolader ein ge meinsames Turbinenabströmgehäuse besitzen, in wel ches das ausströmende Abgas der Radialturbinen ein geleitet wird,
b) die beiden Radialturbinen jeweils einen Abgasdiffu sor aufweisen, dessen Diffusoraustritt in das Tur binenabströmgehäuse hineinragt und
c) eine Mittelwand die beiden Abgasströme voneinander trennt, bevor sie über einen zentral am Turbinenab strömgehäuse angeordneten Kamin abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß
d) beide Abgasturbolader (1, 1′) seitlich versetzt zu einander angeordnet sind,
e) der seitliche Abstand der Achsen (9, 9′) der Abgas turbolader (1) zur Wand (10, 10′) des Turbinenab strömgehäuses (3) auf der Abströmseite (11, 11′) der Radialturbinen (2, 2′) größer als deren seitlicher Abstand zur jeweils gegenüberliegenden Wand (12, 12′) ausgebildet ist und
f) die Diffusoraustritte (5, 5′) der Radialturbinen (2, 2′) punktsymmetrisch zum Mittelpunkt (8) der Mittelwand (6) angeordnet sind.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Turbinenabströmgehäuse (3) strömungsgün stig ausgebildet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das Turbinenabströmgehäuse (3) aus zwei seitenverkehrt zueinander ausgebildeten, an der Mittelwand (6) miteinander verbundenen und entsprechend des Strömungsverlaufs der beiden Abgasströme (7, 7′) aus geformten Gehäuseteilen (16, 16′) besteht.

4. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kamin (15) zumindest annähernd elliptisch ausgebildet und seine große Achse (17) zur jeweiligen Abströmseite (11, 11′) der Radialturbinen (2, 2′) ausgerichtet ist.

5. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Turbinenabströmgehäuse (3), in Verlängerung der Achsen (9, 9′) der Abgasturbolader (1, 1′), jeweils ein trichterförmiger Nabenkörper (18, 18′) angeordnet ist, dessen Basis (19, 19′) an der Mittelwand (6) anschließt.