EP1500788A1 - Zwillingsstromspiralgehäuse - Google Patents

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EP1500788A1
EP1500788A1 EP03016529A EP03016529A EP1500788A1 EP 1500788 A1 EP1500788 A1 EP 1500788A1 EP 03016529 A EP03016529 A EP 03016529A EP 03016529 A EP03016529 A EP 03016529A EP 1500788 A1 EP1500788 A1 EP 1500788A1
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EP
European Patent Office
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twin
turbine housing
shells
housing according
partition wall
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03016529A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hartmut Claus
Michael Mayer
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.)
BorgWarner Inc
Original Assignee
BorgWarner Inc
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 BorgWarner Inc filed Critical BorgWarner Inc
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers

Definitions

  • the present invention relates to a twin-flow turbine housing according to the preamble of claim 1.
  • turbines such as the turbine part of a turbocharger for Motor vehicles to use turbine housing of various kinds.
  • turbine housings made of cast iron have a helical inlet space for the combustion gases from the engine be supplied via a manifold to the turbine part of a turbocharger, from where they then For example, by an annular gap, which has a mechanism for varying the Flow geometry may be supplied to the turbine wheel.
  • the helical inlet space surrounds the actual turbine chamber and forms with this together the turbine housing in which the turbine wheel and the mechanism are housed for geometry variation.
  • the turbine housing made of sheet metal, advantageously in double-walled construction, on the one hand to save weight, but above all, what It is more important to over-cool the exhaust gases of the engine when the turbocharger is cold Prevent, as the downstream catalyst through the exhaust gases as soon as possible Operating temperature must be heated to achieve its full effect.
  • the present invention is therefore the object of a twin turbine housing Manufacture with reasonable effort and at reasonable cost from sheet metal.
  • a twin flow turbine housing according to the present invention may Have half shells, which consist of sheet metal.
  • a twin flow turbine housing according to the present invention may Furthermore, have a partition made of sheet metal
  • twin-flow turbine casing In a twin-flow turbine casing according to the present invention the two half-shells and optionally the partition wall are welded together.
  • the Partition and the half shells matched outer contours.
  • the outer contours of the half-shells lying in the parting plane bent edges have, which are welded together.
  • the half-shells have circular inner contours, at which lying in the parting plane bent edges are formed, which like the outer contours by means of notches and Fortroisn and welding are connectable.
  • twin-flow turbine casing In a twin-flow turbine casing according to the present invention the two inlet channels to a bypass line leading bypass openings and have that this bypass line is divided by an extension of the partition into two partial bypasses is.
  • FIG 1 is a conventional twin turbine engine casing for a turbocharger shown. Such twin housings are used in relatively strong engines and This is done by the exhaust gases of one group of cylinders from the exhaust gases of another group to separate from cylinders.
  • a cylinder may have a plurality of valves and that these valves a certain, for example, controlled by the camshaft Subject opening and closing cycle, with different exhaust valves of the same Cylinders open at different times to gases under different pressure to let out.
  • Fig. 1 is a computer drawing of a known modern one Twin turbine housing 1 for the two separate inlet channels 2 and 3 to one single turbine wheel, not shown, which, as explained above, one Implementation of turbochargers for more powerful engines corresponds.
  • FIG. 2 shows a twin-flow turbine housing (the term “twin”) on the presence of two inlet channels, at which, seen from the outside, only a single inlet duct appears to be present, but in reality is, as in Fig. 2 and 3, the inlet channel of this housing through a partition wall 18 in two axially adjacent parts 13a and 14a divided, thereby two operationally from each other completely separate inlet channels arise.
  • twin twin-flow turbine housing
  • the twin turbine housing of Fig. 2 consists of a double-walled structure, wherein the division into two separate inlet channels only affects the inner housing.
  • the Outer housing consists of two parts 12 and 15 which are connected together at 21.
  • the inner housing consists of two half shells 13 and 14 whose outer edges 20 and 20 ' are bent parallel to the parting surface A (see Fig. 3) and thus welded together can be.
  • the housing of FIG. 2 also has two connection flanges 11 and 16 for connection the catalyst or to the central housing of the turbocharger.
  • said partition Before welding, however, between the two half-shells 13 and 14 a Dividing wall 18 placed, said partition has an outer contour 18 ', with the mutually congruent outer contours 13 'and 14' of the two half-shells 13 and 14th matches.
  • edge portions 31 of the half-shells 13 and 14 may also have notches and extensions be formed as in the outdoor areas.
  • openings 17 and 17 ' are formed on the half-shells 13 and 14'. intended to complement each other in a circle and to divide Bypasses are provided, these openings to one, through a with the openings 17, 17 'welded tube 17 "formed bypass line 22 lead, by means of a Folding valve 19 by means of a controllable from outside the housing lever 23rd is lockable.
  • the partition wall 18 has a continuation 18 ', which projects into the bypass line and this follows up to the seat of the valve 19.
  • the bypass pipe 17 "also of two Half shells and the continuation 18 'of the partition wall 18 further extensions 30th have in notches of bent, axially extending edges of the half-shells of Tube 17 "intervene and are welded.

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Abstract

Ein Zwillingsstromspiral für zwei fluidtechnisch voneinander getrennten Einlasskanäle (13a,14a) für ein Fluid das unter Druck an eine Turbine, beispielsweise eines Turboladers, zu führen ist, besteht aus zwei im wesentlichen symmetrischen Halbschalen (13,14), die zwischen sich eine im wesentlichen flache Trennwand (18) einschliessen. Die beiden Halbschalen (13,14) und die Trennwand (18) bestehen aus Blech und sind miteinander verschweisst. Die Aussenkonturen der Halbschalen weisen umgebogene Ränder (20,20') und eventuell Kerben (30') auf, in die Fortsätze (30) der Trennwand (18) eingreifen können, wobei die Fortsätze (30) durch die Kerben (30') nach aussen ragen um nach Zusammenfügen der Halbschalen mit deren Rändern verschweisst werden zu können. <IMAGE>

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zwillingsstromturbinengehäuse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Es ist bekannt, für Turbinen, wie beispielsweise den Turbinenteil eines Turboladers für Kraftfahrzeuge, Turbinengehäuse verschiedener Art zu verwenden.
In herkömmlicher Weise wurden typisch Turbinengehäuse aus Gusseisen verwendet, welche einen schneckenförmigen Einlassraum für die Verbrennungsgase aufweisen, die vom Motor über einen Krümmer dem Turbinenteil eines Turboladers zugeführt werden, von wo sie dann beispielsweise durch einen Ringspalt, welcher einen Mechanismus zur Variierung der Strömungsgeometrie enthalten kann, dem Turbinenrad zugeführt werden.
Der schneckenförmige Einlassraum umgibt dabei den eigentlichen Turbinenraum und bildet mit diesem zusammen das Turbinengehäuse, in dem das Turbinenrad und der Mechanismus zur Geometrievariierung untergebracht sind.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, das Turbinengehäuse aus Blech, vorteilhafter Weise in doppelwandiger Bauweise auszuführen, um einerseits Gewicht zu sparen, aber vor allem, was wichtiger ist, eine zu starke Abkühlung der Abgase des Motors bei kaltem Turbolader zu verhindern, da der nachgeschaltete Katalysator durch die Abgase so schnell wie möglich auf Betriebstemperatur erwärmt werden muss um seine volle Wirkung zu erreichen.
Es gehört zum Stand der Technik, speziell bei stärkeren Motoren, zwei schneckenförmige Einlasskanäle zum Turbolader vorzusehen, und zwar aus Gründen der Trennung von Zylindergruppen deren Ventilöffnungscharakteristiken nicht zusammenpassen.
Es wurde auch vorgeschlagen ein einziges Turbinengehäuse für diese zwei parallel wirkenden Einlasskanäle eines Turboladers einzusetzen, wobei die beiden schneckenförmigen Einlassräume sozusagen axial aneinander angeordnet sind, und die Abgase entweder stromabwärts einem einzigen Turbinenrad eines relativ grossen Turboladers oder zwei verschiedenen Turbinenrädern von zwei parallel wirkenden, kleineren Turboladern zugeführt werden, doch ist bis heute keine Lösung vorgeschlagen worden, wie ein derartiges Zwillingsturbinengehäuse nach einem einfacheren Verfahren als Giessen und aus einem leichteren Material als Gusseisen, beispielsweise Eisenblech gefertigt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Zwillingsturbinengehäuse mit vertretbarem Aufwand und zu vertretbaren Kosten aus Blech zu fertigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
Ein Zwillingsstromturbinengehäuse entsprechend der vorliegenden Erfindung kann Halbschalen aufweisen, die aus Blech bestehen.
Ein Zwillingsstromturbinengehäuse entsprechend der vorliegenden Erfindung kann Ferner eine Trennwand aus Blech aufweisen
In einem Zwillingsstromturbinengehäuse entsprechend der vorliegenden Erfindung können die beiden Halbschalen und gegebenenfalls die Trennwand miteinander verschweisst sind.
In einem Zwillingsstromturbinengehäuse entsprechend der vorliegenden Erfindung kann die Trennwand sowie die Halbschalen aufeinander angepasste Aussenkonturen aufweisen.
In einem Zwillingsstromturbinengehäuse entsprechend der vorliegenden Erfindung können die Aussenkonturen der Halbschalen Kerben, und die Aussenkontur der Trennwand Fortsätze aufweisen, die beim Zusammenbau der Halbschalen mit der Trennwand in die Kerben zu liegen kommen und in diesem Zustand miteinander verschweisst werden.
In einem Zwillingsstromturbinengehäuse entsprechend der vorliegenden Erfindung können die Aussenkonturen der Halbschalen in der Trennebene liegende umgebogene Ränder aufweisen, die miteinander verschweisst werden.
In einem Zwillingsstromturbinengehäuse entsprechend der vorliegenden Erfindung können die Halbschalen kreisförmige Innenkonturen aufweisen, an denen in der Trennebene liegende umgebogene Ränder ausgebildet sind, welche wie die Aussenkonturen mittels Kerben und Fortsätzen und Schweissen verbindbar sind.
In einem Zwillingsstromturbinengehäuse entsprechend der vorliegenden Erfindung können die beiden Einlasskanäle zu einer Bypassleitung führende Bypassöffnungen aufweisen und dass diese Bypassleitung durch einen Fortsatz der Trennwand in zwei Teilbypässe unterteilt ist.
Kurze Figurenbeschreibung
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert, wovon:
Fig. 1
ein herkömmliches Zwillingsstromturbinengehäuse aus Gusseisen in Perspektivansicht,
Fig. 2
ein erfindungsgemässes Zwillingsstromturbinengehäuse in gleicher Ansicht,
Fig. 3
einen Schnitt parallel zur Achse eines Gehäuses nach Fig.2, und
Fig. 4
einen Schnitt senkrecht zur Achse nach Fig. 2
zeigen.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist ein herkömmliches Zwillingsstromturbinengehäuse für einen Turbolader dargestellt. Derartige Zwillingsgehäuse werden eingesetzt bei relativ starken Motoren und dienen dazu die Abgase einer Gruppe von Zylindern von den Abgasen einer anderen Gruppe von Zylindern zu trennen.
Bei einem Viertaktmotor ist es bekannt, dass ein Zylinder mehrere Ventile aufweisen kann und dass diese Ventile einem bestimmten, beispielsweise von der Nockenwelle gesteuerten Öffnungs- und Schliesszyklus unterliegen, wobei verschiedene Abgasventile des gleichen Zylinders zu unterschiedlichen Zeiten öffnen, um Gase unter unterschiedlichem Druck ausströmen zu lassen.
Bei mehr-zylindrigen Motoren wird es daher Phasen geben, in denen beispielweise ein Hochdruckauslassventil eines Zylinders gleichzeitig offen ist wie ein Niederdruckauslassventil eines anderen Zylinders, wobei beide Ventile Abgase in denselben Krümmer zum Turbolader hin abgegeben werden. Dies hat zur Folge dass Gase des Hochdruckauslassventils in den Zylinder dessen Niederdruckauslassventil gleichzeitig offen ist, zurückschlagen können, was vermieden werden muss.
Die Fig. 1 ist eine Computerzeichnung eines bekannten modernen Zwillingsstromturbinengehäuses 1 für die beiden getrennten Einlasskanäle 2 und 3 zu einem einzigen, nicht dargestellten Turbinenrad, was, wie oben erläutert worden ist, einer Ausführungsart von Turboladern für stärkere Motoren entspricht.
Das gesamte Gehäuse ist aus Gusseisen gefertigt und man erkennt leicht die beiden schneckenförmigen Einlasskanäle 2 und 3, die bis zum Spalt 1' voneinander völlig getrennte Aussenkonturen 2' und 3', und natürlich auch getrennte, Abgas führende Innenräume aufweisen, welche radial zu dem einzigen Ringspalt 1' und hiermit zu ein und demselben, nicht dargestellten, radial innerhalb des Ringspalts 1' liegenden Turbinenrad führen. Ein derartiges Gehäuse ist schon vom Gussprozess her relativ aufwendig und ist auch in Bezug auf sein Gewicht keineswegs optimal an heutige Forderungen nach Treibstoffeffizienz, noch an die oben erwähnte Forderung nach optimaler Katalysierung der Abgase angepasst. Im Gehäuse nach Fig. 1 ist auch ein Bypass vorhanden, der mittels eines Ventils 19 verschliessbar ist.
Die Figur 2 hingegen zeigt ein Zwillingsstromturbinengehäuse (der Term "Zwillings-) bezieht sich auf das Vorhandensein von zwei Einlasskanälen, bei dem, von aussen her gesehen, nur ein einziger Einlasskanal vorhanden zu sein scheint, in Wirklichkeit ist aber, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt ist, der Einlasskanal dieses Gehäuses durch eine Trennwand 18 in zwei axial aneinanderliegende Teile 13a und 14a geteilt, sodass hierdurch zwei operationell voneinander völlig getrennte Einlasskanäle entstehen.
Das Zwillingsturbinengehäuse von Fig. 2 besteht aus einem doppelwandigen Gebilde, wobei die Teilung in zwei getrennte Einlasskanäle nur das innere Gehäuse betrifft. Das Aussengehäuse besteht aus zwei Teilen 12 und 15, welche miteinander bei 21 verbunden sind. Das innere Gehäuse besteht aus zwei Halbschalen 13 und 14 deren Aussenränder 20 und 20' parallel zur Trennfläche A (siehe Fig. 3) umgebogen sind und so miteinander verschweisst werden können.
Das Gehäuse von Fig. 2 weist ferner zwei Anschlussflansche 11 und 16 zum Anschluss an den Katalysator bzw. an das Zentralgehäuse des Turboladers auf.
Vor dem Verschweissen wird jedoch zwischen die beiden Halbschalen 13 und 14 eine Trennwand 18 gelegt, wobei diese Trennwand eine Aussenkontur 18' aufweist, die mit den zueinander kongruenten Aussenkonturen 13' und 14' der beiden Halbschalen 13 und 14 übereinstimmt.
An den Aussenkonturen 13' und 14' der Halbschalen 13 und 14 werden übereinstimmende Kerben 30' angebracht, sodass beim Zusammenfügen der Halbschalen 13 und 14, sowie der zwischen ihnen liegenden Trennwand 18 schwalbenschwanzförmige Fortsätze 30 der Aussenkontur 18' der Trennwand 18 in die Kerben 30 zu liegen kommen, und nach dem Zusammenfügen dieser drei Teile zuerst die beiden Halbschalen im Bereich der umgebogenen Randbereiche 20 und 20' und hernach die schwalbenschwanzförmigen Fortsätze 30 der Trennwand, die durch die Halbschalen hindurch nach aussen ragen, mit den bereits miteinander verschweissten Rändern 20, 20' der Halbschalen verschweisst werden können.
Hierdurch ergibt sich ein starres Blechgefüge bestehend aus zwei, jeweils den Räumen 13a und 14a zwischen einer Halbschale 13 bzw. 14 und der Trennwand 18 liegenden entsprechenden Kanälen, die im Bereich der Trennwand aneinander liegen.
Wie in Figur 4 dargestellt, weisen die Halbschalen 13und 14 natürlich auch umgebogene Randbereiche 31 entlang ihrer inneren Konturen auf, welche einen Kreis bilden innerhalb dessen das nicht dargestellte Turbinenrad zu liegen kommt. Im Bereich der kreisförmigen Randbereiche 31 der Halbschalen 13 und 14 können natürlich ebenso Kerben und Fortsätze gebildet sein wie in den Aussenbereichen.
Wie die Figur 2 weiterhin zeigt, sind an den Halbschalen 13 und 14 Öffnungen 17 und 17' vorgesehen, die sich zusammen zu einem Kreis ergänzen, und die zum Abzweigen von Bypässen vorgesehen sind, wobei diese Öffnungen zu einer, durch ein mit den Öffnungen 17, 17' verschweisstes Rohr 17" gebildeten Bypassleitung 22 führen, die mittels eines Klappventils 19 mittels eines von ausserhalb des Gehäuses steuerbaren Hebels 23 verschliessbar ist.
Die Trennwand 18 weist eine Fortsetzung 18' auf, welche in die Bypassleitung hineinragt und dieser bis zum Sitz des Ventils 19 folgt. Hierzu kann das Bypassrohr 17" ebenfalls aus zwei Halbschalen bestehen und die Fortsetzung 18' der Trennwand 18 weitere Fortsätze 30 aufweisen, die in Kerben von umgebogenen, axial verlaufenden Rändern der Halbschalen des Rohres 17" eingreifen und verschweisst sind.
Die Erfindung wurde an Hand eines Ausführungsbeispiels hier oben näher beschrieben, jedoch sind eine Vielzahl von Möglichkeiten zum dauerhaften Zusammenfügen der beiden Halbschalen des Zwillingsturbinengehäuses und der zwischen ihnen liegenden Trennwand denkbar ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen oder zu übersteigen.

Claims (9)

  1. Zwillingsstromturbinengehäuse mit zwei, fluidtechnisch getrennten Einlasskanälen (13a, 14a) für ein Fluid unter Druck, dass einem Turbinenrad zuzuführen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwillingsstromturbinengehäuse (1) aus zwei im wesentlichen zueinander symmetrischen Halbschalen (13, 14) gebildet ist, die zwischen ihnen eine Trennwand (18) einschliessen.
  2. Zwillingsstromturbinengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Halbschalen (13,24) aus Blech bestehen.
  3. Zwillingsstromturbinengehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (18) aus Blech besteht.
  4. Zwillingsstromturbinengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Halbschalen (13, 14) und gegebenenfalls die Trennwand (18) miteinander verschweisst sind.
  5. Zwillingsstromturbinengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (18) sowie die Halbschalen (13, 14) aufeinander angepasste Aussenkonturen (13', 14', 18') aufweisen.
  6. Zwillingsstromturbinengehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenkonturen (13', 14') der Halbschalen Kerben (30'), und die Aussenkontur (18') der Trennwand (18) Fortsätze (30) aufweisen, die beim Zusammenbau der Halbschalen mit der Trennwand in die Kerben (30') zu liegen kommen und in diesem Zustand miteinander verschweisst werden.
  7. Zwillingsstromturbinengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenkonturen (13', 14') der Halbschalen in der Trennebene (A) liegende umgebogene Ränder (20, 20') aufweisen, die miteinander verschweisst werden.
  8. Zwillingsturbinengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen kreisförmige Innenkonturen aufweisen, an denen in der Trennebene (A) liegende umgebogene Ränder (31) ausgebildet sind, welche wie die Aussenkonturen mittels Kerben (30) und Fortsätzen (30) und Schweissen verbindbar sind.
  9. Zwillingsstromturbinengehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Einlasskanäle (13a, 14a) zu einer Bypassleitung (22) führende Bypassöffnungen (17, 17') aufweisen und dass diese Bypassleitung (22) durch einen Fortsatz (18') der Trennwand (18) in zwei Teilbypässe unterteilt ist.
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