EP1111196B1 - Verstellbarer Leitapparat für die Abgasturbine eines Turboladers - Google Patents

Verstellbarer Leitapparat für die Abgasturbine eines Turboladers Download PDF

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EP1111196B1
EP1111196B1 EP00106218A EP00106218A EP1111196B1 EP 1111196 B1 EP1111196 B1 EP 1111196B1 EP 00106218 A EP00106218 A EP 00106218A EP 00106218 A EP00106218 A EP 00106218A EP 1111196 B1 EP1111196 B1 EP 1111196B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
annular piston
exhaust gas
gas turbine
guide
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP00106218A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1111196A2 (de
EP1111196A3 (de
Inventor
Helmut Daudel
Wolfgang Erdmann
Peter Fledersbacher
Carsten Funke
Paul Löffler
Siegfried Sumser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1111196A2 publication Critical patent/EP1111196A2/de
Publication of EP1111196A3 publication Critical patent/EP1111196A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1111196B1 publication Critical patent/EP1111196B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/165—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas turbine of an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine according to the closer defined in the preamble of claim 1.
  • a generic exhaust gas turbine is also known from DE 195 43 190 C2.
  • adjustable blocking bodies are provided in an annular nozzle in which a variable guide grid is arranged, which are intended to increase the operational reliability of the exhaust gas turbine when operated as an engine brake.
  • a variably adjustable guide vane grille of a turbine of an exhaust gas turbocharger wherein a sealing element is provided in each case in a pressure chamber per guide vane.
  • the sealing elements are designed as a sealing cup and can be pressed sealingly against the free blade end. In this way, the Leitgitterspalt to be completely sealed at the blade ends.
  • the disadvantage here is that according to the number The guide vanes a large number of sealing elements is required, which means a considerable effort and a susceptibility to operation.
  • higher adjusting forces must be applied.
  • the present invention is therefore based on the object to provide an exhaust gas turbine of the aforementioned type, wherein the efficiency of the exhaust gas turbine or the exhaust gas turbocharger is always optimally adjustable depending on the operating condition of the internal combustion engine, in particular an improvement in the acceleration behavior of the turbine during engine braking. and the drive mode of operation is achieved even at low engine speeds and a rapid build-up of boost pressure and thus a faster build-up of a high braking or drive torque, and at the same time avoid overloading the exhaust turbine or the turbocharger under extreme conditions becomes.
  • the efficiency of the exhaust gas turbine and thus also of the exhaust gas turbocharger can always be optimally adapted to the respective operating state of the internal combustion engine or adjust it.
  • the gap can be reduced to zero, which takes place advantageously by a corresponding clamping, so that even at low engine speeds an improvement in the acceleration behavior of the exhaust gas turbine during engine braking occurs.
  • a faster build up of the boost pressure for the compressor and thus a faster construction of a high braking torque is achieved, because gap losses are avoided in this way.
  • the exhaust gas turbine can be controlled in their efficiency in a simple way.
  • a particular advantage of the change or adjustment of the gap according to the invention lies in the fact that the exhaust gas turbine can be driven very close to its speed limit or the exhaust gas turbine can be designed to be correspondingly high.
  • An exhaust gas turbocharger has an exhaust gas turbine 1 arranged in the exhaust gas flow, which is connected to a compressor 3 via a drive shaft 2.
  • the compressor 3 is located in a leading to an internal combustion engine 4 intake 5 and leads to the internal combustion engine in this way pre-compressed air.
  • the exhaust gas turbine 1 is located in an exhaust pipe 6.
  • the exhaust gas turbine 1 has on the input side a spiral flow channel 7, from where the exhaust gas via an annular nozzle 8 leads to an impeller of a turbine 9, which is arranged on the drive shaft 2.
  • the flow channel 7, the annular nozzle 8 and the turbine 9 are located in a common housing 10.
  • the annular nozzle 8 is limited by axial walls.
  • the guide grid 11 and the guide vanes 12 are in a known manner by a Leitgitterverstell Rhein 13 so adjustable that the effective flow cross section of the annular nozzle 8 between a maximum open position and a nearly closed Adjustable position or is adjustable.
  • an annular piston 14 On the side facing away from the Leitgitterverstell Surprise 13 is provided as a wall in the adjustment of the vanes 12, an annular piston 14 in the form of a disc.
  • a pressure chamber 15 On the side facing away from the vanes 12 side of the annular piston 14 is a pressure chamber 15, which communicates via a pressure connection 16 with a pressure supply line 17.
  • a pressure accumulator 18 In general, one will fall back as the pressure medium on the Preßluftbordnetz, if this is available. However, it is of course also possible for this purpose to provide its own printing system with a pressure accumulator 18, wherein, of course, combinations are possible.
  • the gap between the guide grid 11 and vanes 12 and the adjacent walls should be minimized or best eliminated completely.
  • a complete elimination has not been readily possible in the prior art for reasons of thermal expansion of the vanes 12 and the operation of the Leitgitterverstell Surprise 13.
  • the annular piston 14 which now forms the axial wall in the movement or adjustment of the guide vanes 12, the gap between the guide vanes 12 and the adjacent wall can now be set variably.
  • the pressure for the adjustment of the annular piston 14 via the pressure supply line 17 and the pressure accumulator 18 (or the Preßluftbordnetz), 19 corresponding pressure changes or pressure modulations can be performed via a pressure regulating or shut-off device.
  • the pressure control device 19 is controlled by a motor control device 21 via a control line 20.
  • the pressurization can also take place via a branch line 22, which is connectable to the pressure port 16 via a not-shown 3-way valve 31 in the pressure supply line 17 (dashed line in Fig. 2).
  • the accumulator 18 is charged by the exhaust pressure in the exhaust pipe 6 via a check valve 23.
  • the loading of the pressure accumulator or the pressure chamber 15 of the annular piston 14 can also take place via a motor compressor 24.
  • the gap adjustment is carried out in conjunction with the control device 21 and the control line 20 via the setting of the control device 19. Intermediate sizes of the gap and also the level of the contact pressure of the annular piston 14 to the guide vanes 12 is realized by a pressure modulation via the control device 19. If required, the annular piston 14 can also be configured with a spring 25 as a spring device, which is preferably arranged in the pressure chamber 15, which would ensure a neutral position or an output gap.
  • axially directed pins 26 may be provided which engage in holes on the back of the annular piston 14, so that tilting of the annular piston 14 is avoided, which would be disadvantageous in terms of the two-sided support of the guide vanes 12 via the pin bearings 29 ,
  • the annular piston 14 has a very thin-walled thickness, in particular in the middle region, and has no guide pins 26. In this way you get a simplified Construction.
  • the annular piston 14 in this case no longer serves as a second bearing point for the guide vanes 11. It is provided in particular for smaller exhaust forces acting on the guide vanes 11. A tilting moment of the guide vanes 11 can be neutralized by the clamping due to the adjacent annular piston 14.
  • the annular piston 14 is particularly greatly tapered in the central region, so that it can create elastic by the high pressure forces in the piston chamber 15 to the vanes 11 and thus securely clamps all vanes 11 in the respective position.
  • the piston ring 14 in this embodiment can also be operated by the compressed air port 16 via the three-way valve 31 in the manner as has been explained in the first embodiment.
  • annular piston 14 is described, which is provided with a damping device.
  • Ring piston 14 and damping ring 33 are pressed apart by a spring means 34 and the gap 35 between the annular piston 14 and the damping ring 33 fills via one or more throttle bores 36 with compressed air from the piston chamber 15th
  • the damping of the annular piston 14 is thus achieved in the following manner: In pulsations of the exhaust gas flowing through the exhaust gas turbine, the piston ring 14 can only perform an inhibited or delayed movement axially to the turbine wheel. Thus, vibrations are prevented, because the throttle bores 36, which lead into the intermediate space 35, have only such a small diameter that the pressure medium can escape only very slowly from the intermediate space 35.
  • each of the bearing pins 29 is not stored in the annular piston 14, but in the underlying fixed housing 10th the turbine.
  • located on a radially outwardly projecting shoulder 37 of the annular piston 14 each have a through hole 38 in the region of the guide vanes 12, through which the bearing pin 29 pushed through each with play and stored in a bearing bore 39 located behind the housing 10.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasturbine eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
  • Eine solche Abgasturbine ist aus der US 4 502 836 bekannt.
  • Eine gattungsgemäße Abgasturbine ist auch aus der DE 195 43 190 C2 bekannt. Dabei sind in einer Ringdüse, in welcher ein variables Leitgitter angeordnet ist, verstellbare Sperrkörper vorgesehen, die die Betriebssicherheit der Abgasturbine bei einem Betrieb als Motorbremse erhöhen sollen.
  • In der DE 198 38 928 C1 ist ein variabel einstellbares Leitschaufelgitter einer Turbine eines Abgasturboladers beschrieben, wobei pro Leitschaufel ein Dichtungselement in jeweils einem Druckraum vorgesehen ist. Die Dichtungselemente sind als Dichtungsbecher ausgebildet und dichtend an das freie Schaufelende drückbar. Auf diese Weise soll der Leitgitterspalt an den Schaufelenden vollständig abgedichtet werden. Nachteilig dabei ist jedoch, daß entsprechend der Anzahl der Leitschaufeln eine hohe Anzahl von Dichtungselementen erforderlich ist, was einen erheblichen Aufwand und auch eine Störanfälligkeit im Betrieb bedeutet. Darüber hinaus müssen bei einer Verstellung der Leitschaufeln aufgrund der Reibungskräfte, welche durch das Andrücken der Dichtungselemente an die Leitschaufeln erzeugt werden, höhere Verstellkräfte aufgebracht werden. Weiterhin besteht die Gefahr, daß aufgrund der vollständigen Beseitigung des Spaltes die zulässige Laderdrehzahl im Bremsbetrieb und bei hohen Motordrehzahlen überschritten wird und damit zu Schädigungen führen kann. Problematisch ist weiterhin auch, daß unvermeidliche Wärmeausdehnungen der Schaufeln ebenfalls zu Schwierigkeiten im Betrieb führen können.
  • Aus der JP 001 130002 AA ist eine Leitgitterverstelleinrichtung bekannt, wobei durch ein Distanzstück ein genau definierter Spalt eingestellt werden soll.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abgasturbine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, wobei der Wirkungsgrad der Abgasturbine bzw. des Abgasturboladers in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine stets optimal einstellbar ist, wobei insbesondere eine Verbesserung des Beschleunigungsverhaltens der Turbine während der Motorbrems- und der Antriebsbetriebsweise schon bei kleinen Motordrehzahlen und ein schneller Aufbau des Ladedruckes und damit ein schneller Aufbau eines hohen Brems- oder Antriebsmomentes erreicht wird, und wobei gleichzeitig eine Überlastung der Abgasturbine bzw. des Abgasturboladers bei extremen Bedingungen vermieden wird.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Durch die Steuerung bzw. Regelung des axialen Spaltes zwischen einem Maximalspalt und einem Nullspalt, gegebenenfalls mit Klemmung, läßt sich der Wirkungsgrad der Abgasturbine und damit auch des Abgasturboladers stets optimal an den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine anpassen bzw. darauf einstellen. So kann z.B. nach einer entsprechenden Einstellung des Leitgitters der Spalt bis auf Null reduziert werden, was in vorteilhafterweise durch eine entsprechende Klemmung erfolgt, so daß bereits bei kleinen Motordrehzahlen eine Verbesserung des Beschleunigungsverhaltens der Abgasturbine während des Motorbremsbetriebes eintritt. Gleichzeitig wird damit ein schneller Aufbau des Ladedruckes für den Verdichter und damit ein schneller Aufbau eines hohen Bremsmomentes erreicht, denn Spaltverluste werden auf diese Weise vermieden.
  • Wenn die Leitschaufeln in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung z.B. durch einen Ringkolben zwischen den die Ringdüse umgebenden bzw. bildenden Gehäusewandteilen eingeklemmt werden, so werden auch Schwingungsanregungen der Leitschaufeln des Leitgitters wirkungsvoll vermieden.
  • Durch eine gezielte Erzeugung eines Spaltes zwischen Null und einer maximalen Stellung läßt sich die Abgasturbine in ihrem Wirkungsgrad auf einfache Weise regeln.
  • Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Veränderung bzw. Einstellung des Spaltes liegt darin, daß man die Abgasturbine sehr nahe an ihre Drehzahlgrenze heranfahren kann bzw. die Abgasturbine entsprechend hoch auslegen kann. Durch eine definierte Wirkungsgradverschlechterung im oberen Drehzahlbereich des Motors, was durch ein gezieltes Öffnen des Spaltes erreicht werden kann, wird eine entsprechende Wirkungsgradverschlechterung erreicht, so daß Schädigungen der Abgasturbine bzw. des Abgasturboladers verhindert werden können.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines Abgasturboladers mit der erfindungsgemäßen Abgasturbine und deren Regelung;
    Fig. 2
    einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Abgasturbine mit einem Ringkolben in einer ersten Ausführungsart;
    Fig. 3
    ausschnittsweise einen Ringkolben in einer zweiten Ausführungsart;
    Fig. 4
    ausschnittsweise einen Ringkolben in einer dritten Ausführungsart; und
    Fig. 5
    ausschnittsweise einen Ringkolben in einer vierten Ausführungsart.
  • Aufbau und Betrieb eines Abgasturboladers sind allgemein bekannt, weshalb nachfolgend hierauf nicht näher eingegangen wird. Anhand der Figuren 1 und 2 wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
  • Ein Abgasturbolader weist eine im Abgasstrom angeordnete Abgasturbine 1 auf, die über eine Antriebswelle 2 mit einem Verdichter 3 verbunden ist. Der Verdichter 3 befindet sich in einer zu einer Brennkraftmaschine 4 führenden Ansaugleitung 5 und führt der Brennkraftmaschine auf diese Weise vorverdichtete Luft zu. Die Abgasturbine 1 befindet sich in einer Abgasleitung 6. Die Abgasturbine 1 besitzt eingangsseitig einen spiralförmigen Strömungskanal 7, von wo aus das Abgas über eine Ringdüse 8 zu einem Laufrad einer Turbine 9 führt, die auf der Antriebswelle 2 angeordnet ist. Der Strömungskanal 7, die Ringdüse 8 und die Turbine 9 befinden sich in einem gemeinsamen Gehäuse 10. Die Ringdüse 8 wird durch axiale Wandungen begrenzt. In der Ringdüse 8 befindet sich ein Leitgitter 11 mit einer Vielzahl von Leitschaufeln 12. Das Leitgitter 11 bzw. die Leitschaufeln 12 sind in bekannter Weise durch eine Leitgitterverstelleinrichtung 13 derart verstellbar, daß der wirksame Strömungsquerschnitt der Ringdüse 8 zwischen einer maximalen Öffnungsstellung und einer nahezu geschlossenen Stellung verstellbar bzw. einstellbar ist.
  • Auf der von der Leitgitterverstelleinrichtung 13 abgewandten Seite ist als Wandung in dem Verstellbereich der Leitschaufeln 12 ein Ringkolben 14 in Form einer Scheibe vorgesehen. Auf der von den Leitschaufeln 12 abgewandten Seite des Ringkolbens 14 befindet sich ein Druckraum 15, der über einen Druckanschluß 16 mit einer Druckzuleitung 17 in Verbindung steht. Im allgemeinen wird man als Druckmedium auf das Preßluftbordnetz zurückgreifen, sofern dies vorhanden ist. Es ist selbstverständlich jedoch auch möglich hierfür ein eigenes Drucksystem mit einem Druckspeicher 18 vorzusehen, wobei selbstverständlich auch Kombinationen möglich sind.
  • Um speziell im Motorbremsbetrieb schon bei kleinen Motordrehzahlen hohe Bremsleistung zu erzielen, sollte der Spalt zwischen dem Leitgitter 11 bzw. Leitschaufeln 12 und den angrenzenden Wandungen minimiert bzw. am besten ganz beseitigt werden. Eine vollständige Beseitigung war bisher beim Stand der Technik jedoch aus Gründen der Wärmeausdehnung der Leitschaufeln 12 und der Betätigung der Leitgitterverstelleinrichtung 13 nicht ohne weiteres möglich. Durch den Ringkolben 14, der nun im Bewegungs- bzw. Verstellweg der Leitschaufeln 12 die axiale Wandung bildet läßt sich nunmehr der Spalt zwischen den Leitschaufeln 12 und der angrenzenden Wandung variabel einstellen.
  • Die Regelung bzw. Einstellung der Spaltgröße funktioniert auf folgende Weise:
  • Der Druck für die Verstellung des Ringkolbens 14 erfolgt über die Druckzuleitung 17 und den Druckspeicher 18 (oder das Preßluftbordnetz), wobei über eine Druckregel- bzw. Absperreinrichtung 19 entsprechende Druckänderungen bzw. Druckmodulationen durchgeführt werden können. Die Druckregeleinrichtung 19 wird über eine Steuerleitung 20 von einer Motorregeleinrichtung 21 aus angesteuert.
  • Alternativ dazu kann die Druckbeaufschlagung auch über eine Zweigleitung 22 erfolgen, die mit dem Druckanschluß 16 über ein nicht näher dargestelltes 3-Wegeventil 31 in der Druckzuleitung 17 verbindbar ist (in der Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet).
  • Der Druckspeicher 18 wird vom Abgasdruck in der Abgasleitung 6 über ein Rückschlagventil 23 aufgeladen. Die Beaufschlagung des Druckspeichers oder auch des Druckraumes 15 des Ringkolbens 14 kann auch über einen Motorkompressor 24 erfolgen.
  • Die Spalteinstellung erfolgt in Verbindung mit der Regeleinrichtung 21 und der Steuerleitung 20 über die Einstellung der Regeleinrichtung 19. Zwischengrößen des Spaltes und auch das Niveau der Anpreßkraft des Ringkolbens 14 an die Leitschaufeln 12 wird durch eine Druckmodulation über die Regeleinrichtung 19 realisiert. Im Bedarfsfalle kann der Ringkolben 14 auch mit einer Feder 25 als Federeinrichtung, die vorzugsweise im Druckraum 15 angeordnet ist, ausgestaltet sein, die für eine Neutralstellung bzw. einen Ausgangsspalt sorgen würde.
  • Nachfolgend sind zwei Verfahrensbeispiele bzw. Regelbeispiele der erfindungsgemässen Abgasturbine beschrieben.
    • 1. Beschleunigung des Abgasturboladers:
      Ausgehend von einer Klemmung der Leitschaufeln 12 durch eine entsprechende Anpreßkraft von Seiten des Ringkolbens 14 wird in einem ersten Schritt die Anpreßkraft des Ringkolbens 14 durch eine Belüftung des Druckregelventiles 19 zurückgenommen. Anschließend erfolgt eine Einstellung der Leitschaufeln 12 durch eine entsprechende Verstellung der Leitgitterverstelleinrichtung 13 in die gewünschte Position. Nach dieser Einstellung wird durch ein Durchschalten des Druckes in dem Speicher 18 über das Druckeinstellventil 19 eine Nullspalteinstellung durch die erfolgte Druckbeaufschlagung des Ringkolbens 14 und damit eine Anpressung bzw. Einklemmung der Leitschaufeln 12 zwischen den Ringkolben und den Wandungsteil auf der anderen Seite.
      Im Bedarfsfalle kann noch eine Druck-Taktung (Entlüfter/Belastung) während der Öffnungsbewegung des Leitgitters 11 bzw. der Leitschaufeln 12 über die Leitgitterverstelleinrichtung 13 erfolgen, um seitlich bzw. axial geringste Spalte zu erhalten.
    • 2. Turbobremsen im Motorbremsbetrieb:
      In einem ersten Schritt wird hier ebenfalls die Klemmung der Leitschaufeln 12 reduziert durch Zurücknahme der Anpreßkraft des Ringkolbens 14 und ein Belüften der Druckregeleinrichtung 19. Bei einer niedrigen Motordrehzahl erfolgt ein entsprechendes Einstellen der motordrehzahlabhängigen Position des Leitgitters 1 bzw. der Leitschaufeln 12 über die Leitgitterverstelleinrichtung 13. Anschließend erfolgt über eine entsprechende Druckbeaufschlagung der Druckkammer 15 eine Nullspalteinstellung. Auch hier ist eine Druck-Belüftungs-Taktung bei einem Motordrehzahlanstieg zum Öffnen des Leitgitters 11 über eine entsprechende Betätigung der Leitgitterverstelleinrichtung 13 möglich, um den Spalt stets klein zu halten. Bei Erreichen einer bekannten Grenzdrehzahl und bei einem weiteren Motordrehzahlanstieg kann eine Spaltvergrößerung durch eine Druckreduktion in dem Druckraum 15 erfolgen, um eine gezielte Wirkungsgradverschlechterung und damit Schädigungen der Abgasturbine zu vermeiden bzw. diese damit unter einer zulässigen Grenze zu halten.
  • Um eine sichere Anpressung des Ringkolbens an die Stirnseiten der Leitschaufeln 12 zu erreichen, kann dieser zumindest in seinem vorderen den Leitschaufeln 12 zugewandten Bereich elastisch ausgebildet sein oder entsprechend mit einer elastischen Auflage 27 versehen sein. Ein oder mehrere Kolbenringe 28 übernehmen die Abdichtung zwischen dem Abgasraum bzw. der Ringdüse 8 der Abgasturbine 1 und dem Druckraum 15. Der oder die Kolbenringe 28 können dabei in dem Gehäuse 10 oder in dem Ringkolben 14 selbst angeordnet sein. Zur Vereinfachung sind in den Figuren 2 bis 4 beide Möglichkeiten alternativ eingetragen.
  • In vorteilhafter Weise kann man auch die Leitschaufeln 12 auf der von der Leitergitterverstelleinrichtung 13 abgewandten Seite jeweils mit Stiftlagern 29 versehen, die dann jeweils in Bohrungen 30 auf der Vorderseite in dem Ringkolben 14 geführt sind. Durch diese Maßnahme wird eine zusätzliche Leitschaufellagerung auf der von der Leitgittereinrichtung 13 abgewandten Seite geschaffen, was bedeutet, daß die Leitschaufeln 12 bzw. das Leitgitter 11 auf beiden Seiten gelagert und geführt ist, was zu einer Erhöhung der Stabilität und einer Vibrationsfreiheit führt.
  • Zur Zentrierung des Ringkolbens 14 können axial gerichtete Stifte 26 vorgesehen sein, die in Bohrungen auf der Rückseite des Ringkolbens 14 eingreifen, so daß ein Verkanten des Ringkolbens 14 vermieden wird, was im Hinblick auf die zweiseitige Lagerung der Leitschaufeln 12 über die Stiftlager 29 nachteilig wäre.
  • Grundsätzlich funktionieren die nachfolgend anhand der Figuren 3, 4 und 5 beschriebenen weiteren Ausführungsbeispiele in gleicher Weise wie das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel, weshalb die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Teile beibehalten worden sind und lediglich noch die Abwandlungen näher erläutert werden.
  • Gemäß Fig. 3 ist der Ringkolben 14 in seiner Stärke sehr dünnwandig ausgebildet, insbesondere im mittleren Bereich, und weist keine Führungsstifte 26 auf. Auf diese Weise erhält man einen vereinfachten Aufbau. Der Ringkolben 14 dient in diesem Fall nicht mehr als zweite Lagerstelle für die Leitschaufeln 11. Er ist insbesondere für geringere auf die Leitschaufeln 11 wirkenden Abgaskräfte vorgesehen. Ein Kippmoment der Leitschaufeln 11 kann dabei durch das Festklemmen aufgrund des anliegenden Ringkolbens 14 neutralisiert werden.
  • Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, ist der Ringkolben 14 insbesondere im mittleren Bereich sehr stark verjüngt, so daß er sich durch die hohen Druckkräfte im Kolbenraum 15 elastisch an die Leitschaufeln 11 anlegen kann und somit sicher alle Leitschaufeln 11 in der jeweiligen Position festklemmt. Auch der Kolben Ring 14 in dieser Ausführungsform kann ebenfalls durch den Druckluftanschluß 16 über das DreiWegeventil 31 in der Art betrieben werden, wie es bei dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert worden ist.
  • In der Fig. 4 ist eine Ausgestaltung des Ringkolbens 14 beschrieben, wobei dieser mit einer Dämpfungseinrichtung versehen ist. Hierzu liegt ein weiterer über Kolbenringe 32 abgedichteter Dämpfungsring 33 innerhalb des Kolbenringes 14. Auch hier ist alternativ in der Fig. 4 angegeben, daß der Kolbenring 32 in einer Ringnut des Dämpfungsringes 33 oder in einer Ringnut des Ringkolbens 14 (siehe untere Darstellung) liegen kann. Ringkolben 14 und Dämpfungsring 33 werden durch eine Federeinrichtung 34 auseinander gedrückt und der Zwischenraum 35 zwischen dem Ringkolben 14 und dem Dämpfungsring 33 füllt sich über ein oder mehrere Drosselbohrungen 36 mit Druckluft aus dem Kolbenraum 15.
  • Die Dämpfung des Ringkolbens 14 wird somit auf folgende Weise erreicht: Bei Pulsationen des durch die Abgasturbine strömenden Abgases wird der Kolbenring 14 nur eine gehemmte bzw. verzögerte Bewegung axial zum Turbinenrad durchführen können. Damit werden Schwingungen verhindert, denn die Drosselbohrungen 36, die in den Zwischenraum 35 führen, besitzen nur einen so kleinen Durchmesser, daß das Druckmedium nur sehr langsam aus dem Zwischenraum 35 entweichen kann.
  • Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsart ermöglicht ebenfalls eine zweiseitige Lagerung der Leitschaufeln 12 des Leitgitters 11. Im Unterschied zu der in der Fig. 2 dargestellten zweiseitigen Lagerung ist jeder der Lagerstifte 29 dabei jedoch nicht im Ringkolben 14 gelagert, sondern im dahinterliegenden feststehenden Gehäuse 10 der Turbine. Hierzu befindet sich an einem radial nach außen ragenden Ansatz 37 des Ringkolbens 14 jeweils eine Durchgangsbohrung 38 im Bereich der Leitschaufeln 12, durch die der Lagerstift 29 jeweils mit Spiel durchgeschoben und in einer dahinterliegenden Lagerbohrung 39 des Gehäuses 10 gelagert wird.
  • Der Vorteil dieser Lagerungsart ist, daß auf diese Weise eine lagefeste Lagerung der Lagerstifte 29 in dem Gehäuse 10 erreicht wird, wodurch auf Führungsstifte 26, wie in der Fig. 2 dargestellt, verzichtet werden kann. Gleichzeitig wird durch die zweiseitige Lagerung ein verbesserter Bremsbetrieb, bei nicht betätigtem Ringkolben 14 und bei hohen Gaskräften eine sehr gute Abstützung der Leitschaufeln 12 geschaffen. Auch bei dieser Ausführungsart sind zur Vereinfachung in die Figur 5 beide Möglichkeiten der Anbringung von Kolbenringen 28 zur Abdichtung des Kolbenraumes 15 eingezeichnet.

Claims (6)

  1. Abgasturbine eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine mit einem in einem Gehäuse angeordneten Laufrad und mindestens einen das Laufrad umgebenden Strömungskanal (7), der eine an das Laufrad mündende Ringdüse (8) umfaßt, in der mindestens ein variables Leitgitter (11) mit Leitschaufeln (12) und Leitgitterkanälen angeordnet ist, wobei durch das Leitgitter (11) über eine Leitgitterverstelleinrichtung (13) der wirksame Strömungsquerschnitt der Ringdüse (8) einstellbar ist, wobei eine Einstelleinrichtung (14,15,16,17) durch die die Breite des Spaltes zwischen dem Leitgitter (11) und den das Leitgitter (11) umgebenden Gehäusewandteilen (10) zwischen einem Maximalspalt und einem Nullspalt verstellbar ist, und wobei wenigstens ein Teil der Gehäusewandteile, die sich im Bereich des Leitgitters (11) befinden, als Ringkolben (14) ausgebildet ist, der einen Druckraum (15) aufweist, durch dessen Druckbeaufschlagung der Ringkolben (14) an die Leitschaufeln (12) des Leitgitters (11) anpreßbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    innerhalb des Ringkolbens (14) ein abgedichteter Dämpfungsring (33) liegt, wobei Ringkolben (14) und Dämpfungsring (33) durch eine Federeinrichtung (34) auseinander gedrückt sind und wobei der Zwischenraum (35) zwischen dem Ringkolben (14) und Dämpfungsring (33) über ein oder mehrere Drosselbohrungen (36) mit dem Kolbenraum (15) verbunden ist.
  2. Abgasturbine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (15) des Ringkolbens (14) mit einer Druckregeleinrichtung verbunden ist und daß die Druckregeleinrichtung (19) über eine Steuerleitung (20) mit einer Motorregelungseinrichtung (21) zur Erzeugung von Druckmodulationen verbunden ist.
  3. Abgasturbine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Ringkolben (14) wenigstens auf der den Leitschaufeln (12) zugewandten Seite elastisch ausgebildet ist oder mit einer elastischen Auflage (27) versehen ist.
  4. Abgasturbine nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Ringkolben (14) wenigstens in seinem mittleren Bereich dünnwandig ausgebildet ist.
  5. Abgasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Leitschaufeln (12) auf der von der Leitgitterverstelleinrichtung (13) abgewandten Seite mit Stiftlager (29) versehen sind, die durch Bohrungen (38) in einem Ansatz (37) des Ringkolbens (14) durchgesteckt und in dem Gehäuse (10) in Lagerbohrungen (39) gelagert sind.
  6. Abgasturbine nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Ansatz (37) des Ringkolbens (14) eine geringere Wandstärke aufweist als der Ringkolben (14).
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