FI128190B - Turbocharger - Google Patents

Turbocharger Download PDF

Info

Publication number
FI128190B
FI128190B FI20185535A FI20185535A FI128190B FI 128190 B FI128190 B FI 128190B FI 20185535 A FI20185535 A FI 20185535A FI 20185535 A FI20185535 A FI 20185535A FI 128190 B FI128190 B FI 128190B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
turbine
turbine wheel
wheel
housing
compressor
Prior art date
Application number
FI20185535A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20185535A1 (en
Inventor
Kimmo Viinikangas
Toni Fingerroos
Original Assignee
Finger Motors Oy
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 Finger Motors Oy filed Critical Finger Motors Oy
Priority to FI20185535A priority Critical patent/FI128190B/en
Priority to PCT/FI2019/050450 priority patent/WO2019239010A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FI128190B publication Critical patent/FI128190B/en
Publication of FI20185535A1 publication Critical patent/FI20185535A1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/001—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust using exhaust drives arranged in parallel
    • F02B37/002—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust using exhaust drives arranged in parallel the exhaust supply to one of the exhaust drives can be interrupted
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/004—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust drives arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/02—Gas passages between engine outlet and pump drive, e.g. reservoirs
    • F02B37/025—Multiple scrolls or multiple gas passages guiding the gas to the pump drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F02B37/183—Arrangements of bypass valves or actuators therefor
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Keksinnön kohteena on turboahdin, joka käsittää kompressorikotelon (10), kompressorikotelon sisällä olevan kompressoripyörän (12), ensimmäisen turbiinikotelon (14), ensimmäisen turbiinikotelon sisällä olevan ensimmäisen turbiinipyörän (16), jolla on säde r1, toisen turbiinikotelon (18), toisen turbiinikotelon sisällä olevan toisen turbiinipyörän (20), jolla on säde (r2) ja akselin (22), jolle kompressoripyörä, ensimmäinen turbiinipyörä ja toinen turbiinipyörä on järjestetty. Ensimmäinen turbiinipyörä ja toinen turbiinipyörä ovat olennaisesti erikokoisia.The invention relates to a turbocharger comprising a compressor housing (10), a compressor wheel (12) inside a compressor housing, a first turbine housing (14), a first turbine wheel (16) inside a first turbine housing, a second turbine housing (18), a second turbine housing. a second turbine wheel (20) having a radius (r2) and a shaft (22) on which the compressor wheel, the first turbine wheel and the second turbine wheel are arranged. The first turbine wheel and the second turbine wheel are of substantially different sizes.

Description

Keksinnön kohteena on turboahdin, joka käsittää kompressorikotelon, kompressorikotelon sisällä olevan kompressoripyörän, ensimmäisen turbiinikotelon, ensimmäisen turbiinikotelon sisällä olevan ensimmäisen turbiinipyörän, jolla ensimmäi5 sellä turbiinipyörällä on säde, toisen turbiinikotelon, toisen turbiinikotelon sisällä olevan toisen turbiinipyörän, jolla toisella turbiinipyörällä on säde, ja akselin, jolle akselille kompressoripyörä, ensimmäinen turbiinipyörä ja toinen turbiinipyörä on järjestetty.The invention relates to a turbocharger comprising a compressor housing, a compressor wheel within a compressor housing, a first turbine housing, a first turbine wheel within a first turbine housing having a radius, a second turbine housing, a second turbine housing having a second turbine wheel having a second turbine wheel, the axis of which the compressor wheel, the first turbine wheel and the second turbine wheel are arranged.

Polttomoottoreiden, erityisesti dieselmoottoreiden, tehoa ja hyötysuhdetta voidaan 10 parantaa ahtimen avulla. Moottorin pakokaasusta käyttövoimansa saava pakokaasuahdin, ns. turboahdin, käsittää kompressorikotelon, jonka sisällä on kompressoripyörä, ja turbiinikotelon, jonka sisällä on turbiinipyörä, sekä kompressoripyörää ja turbiinipyörää yhdistävän akselin. Moottorista purkautuva pakokaasu pyörittää turbiinipyörää, jolloin kompressoripyörä ahtaa ilmaa moottorin imuputkiston ja imu15 sarjan kautta sylintereihin. Turboahtimen ansiosta sylintereihin voidaan johtaa enemmän ilmaa ja polttoainetta, jolloin moottorin teho ja hyötysuhde kasvavat.The power and efficiency of internal combustion engines, in particular diesel engines, can be improved by means of a supercharger. The so-called exhaust gas compressor, which is powered by the engine's exhaust gas a turbocharger, comprising a compressor housing containing a compressor wheel and a turbine housing containing a turbine wheel, and a shaft connecting the compressor wheel and the turbine wheel. Exhaust from the engine rotates the turbine wheel, which compresses the air through the engine intake manifold and intake 15 series to the cylinders. The turbocharger allows more air and fuel to be injected into the cylinders, increasing engine power and efficiency.

Turboahtimen heikkoutena on, että se alkaa tuottaa riittävästi ahtopainetta vasta, kun moottorin kierrosluku on noussut riittävän korkealle. Tämä ilmiö tunnetaan turbon viiveenä. Turboahtimen viiveeseen voidaan vaikuttaa turbiini- ja kompres20 sorikoteloiden ja niissä olevien siipipyörien, ts. turbiinipyörän ja kompressoripyörän, siipien muotoiluilla. Jos turboahdin suunnitellaan toimimaan hyvin moottorin matalilla kierroksilla, sillä ei saavuteta maksimaalista tehoa moottorin korkeilla kierrosluvuilla. Vastaavasti, jos ahdin mitoitetaan toimimaan optimaalisesti korkeilla moottorin kierrosluvuilla, turbon viiveen pituus kasvaa. Yleensä turboahtimen 25 suunnittelussa joudutaankin tekemään kompromissi ylä- ja alakierrosten toimivuuden välillä.The disadvantage of the turbocharger is that it only starts to produce sufficient charge pressure once the engine speed has risen high enough. This phenomenon is known as turbo lag. The delay of the turbocharger can be affected by the design of the blades of the turbine and compressor blades and the blades therein, i.e. the turbine wheel and the compressor wheel. If the turbocharger is designed to work well at low engine speeds, it will not achieve maximum power at high engine speeds. Correspondingly, if the supercharger is dimensioned to operate optimally at high engine speeds, the turbo delay length increases. In general, the design of the turbocharger 25 will have to compromise the performance of the upper and lower revs.

Turboahtimen toimivuutta eri kierrosluvuilla voidaan parantaa myös käyttämällä turbiinipyörinä muuttuvasiipisiä siipipyöriä. Tällaiset ahtimet ovat kuitenkin teknisesti monimutkaisia ja valmistus-ja huoltokustannuksiltaan kalliita.The performance of the turbocharger at different speeds can also be improved by using variable-blade impellers as turbine wheels. However, such superchargers are technically complex and expensive to manufacture and maintain.

Julkaisussa US 4339922 on esitetty turboahdin, jossa turbiiniosaan kuuluu kaksi turbiinikoteloa, joissa kummassakin on oma turbiinipyörä. Molemmat turbiinipyörät on yhdistetty kompressoripyörän kanssa samaan akseliin. Pakokaasun virtausta moottorista turbiineihin ohjataan venttiileillä siten, että moottorin matalilla kierrosluvuilla pakokaasua johdetaan vain toiseen turbiinikoteloon ja pakokaasun paineenUS 4339922 discloses a turbocharger wherein the turbine part comprises two turbine housings, each with its own turbine wheel. Both turbine wheels are connected to the same shaft as the compressor wheel. The exhaust flow from the engine to the turbines is controlled by valves so that, at low engine speeds, the exhaust gas is directed only to one turbine housing and to the exhaust pressure

20185535 prh 04-01- 2019 kasvaessa pakokaasua ohjataan molempiin turbiinikoteloihin pyörittämään molempia turbiinipyöriä. Julkaisussa US 4339922 kuvatulla ratkaisulla voidaan laajentaa turboahtimen toimivuutta moottorin eri kierroslukualueilla, mutta edelleen ahdin toimii optimaalisesti varsin kapealla moottorin kierroslukualueella.As 20185535 prh 04-01-20199 increases, the exhaust gas is directed to both turbine housings to rotate both turbine wheels. The solution described in US 4339922 can extend the performance of the turbocharger in various engine RPM ranges, but still the supercharger operates optimally in a rather narrow engine RPM range.

Keksinnön tavoitteena on tuoda esiin turboahdin, jolla voidaan vähentää tunnettuihin turboahtimiin liittyviä ongelmia. Keksinnön mukaiset tavoitteet saavutetaan turboahtimella, jolle on tunnusomaista mitä on esitetty itsenäisessä patenttivaatimuksessa. Keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.It is an object of the invention to provide a turbocharger which can reduce the problems associated with known turbochargers. The objects of the invention are achieved by a turbocharger, which is characterized in what is stated in the independent claim. Certain preferred embodiments of the invention are set forth in the dependent claims.

Keksinnön kohteena on turboahdin, joka käsittää kompressorikotelon, kompressorikotelon sisällä olevan kompressoripyörän, ensimmäisen turbiinikotelon, ensimmäisen turbiinikotelon sisällä olevan ensimmäisen turbiinipyörän, jolla on säde, toisen turbiinikotelon, toisen turbiinikotelon sisällä olevan toisen turbiinipyörän, jolla on säde, ja akselin, jolle kompressoripyörä, ensimmäinen turbiinipyörä ja toi15 nen turbiinipyörä on järjestetty. Keksinnön mukaisessa turboahtimessa ensimmäinen turbiinipyörä ja toinen turbiinipyörä ovat olennaisesti erikokoisia.The present invention relates to a turbocharger comprising a compressor housing, a compressor wheel within a compressor housing, a first turbine wheel having a radius, a second turbine housing, a second turbine wheel having a radius, a second turbine wheel within a first turbine housing, and a first and a second turbine wheel is provided. In the turbocharger of the invention, the first turbine wheel and the second turbine wheel are of substantially different sizes.

Keksinnön mukaisen turboahtimen eräässä edullisessa suoritusmuodossa toisen turbiinipyörän säde on ainakin 20 % suurempi kuin ensimmäisen turbiinipyörän säde, edullisesti ainakin 35 % suurempi kuin ensimmäisen turbiinipyörän säde, 20 edullisimmin ainakin 50 % suurempi kuin ensimmäisen turbiinipyörän säde. Turbiinipyörän säteellä on kaksi erisuuruista pituutta; tulopuolen pituus (Inducer) ja jättöpuolen pituus (Exducer). Turbiinipyörän säteellä tarkoitetaan tässä selostuksessa nimenomaan turbiinipyörän jättöpuolen säteen pituutta.In a preferred embodiment of the turbocharger of the invention, the radius of the second turbine wheel is at least 20% larger than that of the first turbine wheel, preferably at least 35% larger than that of the first turbine wheel, most preferably at least 50% larger than the radius of the first turbine wheel. The radius of the turbine wheel has two different lengths; the input side length (Inducer) and the downstream length (Exducer). The turbine wheel within the purposes of this description specifically turbine wheel trailing beam length.

Keksinnön mukaisen turboahtimen eräs toinen edullinen suoritusmuoto käsittää 25 lisäksi ensimmäisessä turbiinikotelossa olevan ensimmäisen sisääntulonielun, toisessa turbiinikotelossa olevan toisen sisääntulonielun, ensimmäiseen sisääntulonieluun johtavan ensimmäisen pakokaasukanavan, toiseen sisääntulonieluun johtavan toisen pakokaasukanavan ja venttiilin, jolla toinen pakokaasukanava on suljettavissa. Sulkemalla toiseen pakokaasukanavaan johtava venttiili, voidaan kaikki 30 moottorista tuleva pakokaasu ohjata virtaamaan ensimmäiseen turbiinikoteloon pyörittämään kooltaan pienempää ensimmäistä turbiinipyörää.Another preferred embodiment of the turbocharger of the invention further comprises a first inlet suction in the first turbine housing, a second inlet in the second turbine housing, a first exhaust conduit leading to a first inlet, a second exhaust conduit leading to a second inlet. By closing the valve leading to the second exhaust duct, all exhaust gas from the engine 30 can be directed to flow to the first turbine housing to rotate the first smaller turbine wheel.

Keksinnön mukaisen turboahtimen vielä eräässä edullisessa suoritusmuodossa ensimmäisessä turbiinikotelossa on jättöreikä pakokaasun ulosvirtausta varten ja turboahtimessa on lisäksi jättöreiästä toiseen pakokaasukanavaan, venttiilinIn another preferred embodiment of the turbocharger according to the invention, the first turbine housing has a discharge hole for exhaust gas outflow and the turbocharger further has a discharge hole for a second exhaust channel, a valve

20185535 prh 12 -06- 2018 ja toisen sisääntulonielun väliselle osuudelle, johtava kiertokanava. Kiertokanavaa pitkin ensimmäisestä turbiinikotelosta poistuva pakokaasu voidaan johtaa edelleen toiseen turbiinikoteloon.20185535 prh 12 -06- 2018 for the section between the second inlet sink, the leading circulation channel. The exhaust gas exiting the first turbine housing along the circulation conduit may be further directed to the second turbine housing.

Keksinnön etuna on, että mahdollistaa ahtopaineen nousun pienemmillä moottorin 5 kierrosluvuilla ilman, että moottorin teho korkeilla kierrosluvuilla pienenee. Keksintö parantaa siten moottorin hyötysuhdetta ja nostaa moottorin tehoa.An advantage of the invention is that it allows the supercharging pressure to increase at lower engine speeds without reducing engine power at high engine speeds. The invention thus improves the efficiency of the motor and increases the power of the motor.

Lisäksi keksinnön etuna on, että se mahdollistaa pakokaasun takaisinkierrätyksen tehostamisen erityisesti dieselmoottoreissa nostamalla pakosarjan puolella vaikuttavaa painetta matalilla kierrosluvuilla, jolloin pakokaasun virtaus pakosarjasta 10 imusarjaan mahdollistuu.A further advantage of the invention is that it makes it possible to enhance the exhaust gas recirculation, especially in diesel engines, by increasing the pressure at the exhaust manifold side at low revs, thereby enabling the exhaust flow from the exhaust manifold to the intake manifold 10.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti. Selostuksessa viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää esimerkinomaisesti erästä keksinnön mukaista turboahdinta periaatekuvana.The invention will now be described in detail. Reference is made to the accompanying drawings, in which Figure 1 illustrates, by way of example, a turbocharger according to the invention in principle.

Kuvassa 1 on esitetty esimerkinomaisesti eräs keksinnön mukainen turboahdin periaatekuvana. Kuvassa turboahtimella tarkoitetaan laitekokonaisuutta, joka sijoittuu katkoviivalla piirretyn suorakaiteen sisäpuolelle. Suorakaiteen rajaaman alueen ulkopuolelle jäävä moottori 48 ja siihen kuuluvat osat eivät kuuluu keksinnön mukaiseen turboahtimeen.Fig. 1 shows, by way of example, a plan view of a turbocharger according to the invention. In the figure, a turbocharger refers to an assembly of devices which is located inside a rectangle drawn with a dashed line. The engine 48 and parts thereof outside the area defined by the rectangle do not form part of the turbocharger according to the invention.

Turboahdin käsittää kompressohkotelon 10 ja kaksi turbiinikoteloa; ensimmäisen turbiinikotelon 14 ja toisen turbiinikotelon 18. Kompressohkotelon sisällä on kompressohpyörä 12, ensimmäisen turbiinikotelon sisällä on ensimmäinen turbiinipyörä 16 ja toisen turbiinikotelon sisällä on toinen turbiinipyörä 20. Kompressoripyörä ja turbiinipyörät on kiinnitetty samalle akselille 22 siten, että kaikki akselilla olevat 25 pyörät pyörivät akselin kanssa samalla kierrosnopeudella. Kompressoripyörä ja turbiinipyörät ovat tunnetun tekniikan mukaisia turboahtimissa käytettäviä siipipyöriä, joiden rakennetta ei ole kuvattu tässä esityksessä tarkemmin.The turbocharger comprises a compressor housing 10 and two turbine housings; a first turbine housing 14 and a second turbine housing 18. The compressor housing has a compressor wheel 12, a first turbine housing has a first turbine wheel 16 and a second turbine housing has a second turbine wheel 20. The compressor wheel and turbine wheels are mounted on the same speed. Compressor and turbine wheels are prior art turbofan impellers, the construction of which is not described in more detail herein.

Kompressorikotelossa 10 on imuaukko 40, jonka kautta kompressorikotelossa pyörivä kompressoripyörä 12 imee ilmaa imukotelon sisään. Kompressohkotelon 30 seinämässä on poistoaukko 42, jonka jatkeena olevan imukanavan 44 kautta ilma pääsee virtaamaan imusarjaan 46 ja edelleen moottorin 48 sylintereihin. Ensimmäisen turbiinikotelon 14 seinämässä on ensimmäinen sisääntulonielu 24, ja toisen turbiinikotelon 18 seinämässä on toinen sisääntulonielu 26. EnsimmäiselläCompressor housing 10 has an inlet port 40 through which the compressor wheel 12 rotating in the compressor housing absorbs air into the inlet housing. The wall of the compressor housing 30 has an outlet 42 through which an extension suction duct 44 allows air to flow into the inlet manifold 46 and further into the cylinders of the engine 48. The wall of the first turbine housing 14 has a first inlet sink 24, and the wall of the second turbine housing 18 has a second inlet sink 26.

20185535 prh 12 -06- 2018 turbiinipyörällä on säde n, ja toisella turbiinipyörällä on säde Γ2. Turbiinipyörän säteellä tarkoitetaan tässä selostuksessa turbiinipyörän jättöpuolen säteen pituutta. Keksinnön mukaisessa turboahtimessa ensimmäinen turbiinipyörä on olennaisesti pienempi kuin toinen turbiinipyörä, ts. ensimmäisen turbiinipyörän säde on olen5 naisesti pienempi kuin toisen turbiinipyörän säde. Toisen turbiinipyörän säde on siten ainakin 20 % suurempi kuin ensimmäisen turbiinipyörän säde. Edullisesti toisen turbiinipyörän säde on ainakin 35 % suurempi kuin ensimmäisen turbiinipyörän säde. On jopa ajateltavissa, että toisen turbiinipyörän säde voi olla ainakin 50 % suurempi kuin ensimmäisen turbiinipyörän säde. Ensimmäisen turbii10 nipyörän säde voi olla välillä 20-35 mm ja toisen turbiinipyörän säde voi olla välillä 25-50 mm.20185535 prh 12 -06- 2018 The turbine wheel has a radius n and the other turbine wheel has a radius Γ2. The turbine wheel within the purposes of this description, the turbine wheel trailing beam length. In the turbocharger of the invention, the first turbine wheel is substantially smaller than the second turbine wheel, i.e. the radius of the first turbine wheel is substantially smaller than the radius of the second turbine wheel. The radius of the second turbine wheel is thus at least 20% larger than that of the first turbine wheel. Preferably, the radius of the second turbine wheel is at least 35% larger than that of the first turbine wheel. It is even conceivable that the radius of the second turbine wheel may be at least 50% larger than that of the first turbine wheel. The radius of the first turbine wheel may be between 20 and 35 mm and the radius of the second turbine wheel may be between 25 and 50 mm.

Ensimmäisen turbiinikotelon 14 sisääntulonielun jatkeena on ensimmäinen pakokaasukanava 34 ja toisen turbiinikotelon 18 sisääntulonielun jatkeena on toinen pakokaasukanava 36. Ensimmäinen ja toinen pakokaasukanava yhdistyvät yh15 deksi kanavaksi, joka liittyy moottorin pakosarjaan 50. Polttoaineen ja ilman palamisessa syntyvä pakokaasu pääsee näin poistumaan moottorin sylintereistä pakosarjan ja pakokaasukanavien kautta ensimmäiseen turbiinikoteloon ja toiseen turbiinikoteloon. Ensimmäisen ja toisen pakokaasukanavan haarautumiskohdassa on venttiili 28, jolla voidaan sulkea toinen pakokaasukanavan kokonaan. Venttiilin 20 avautumista ja sulkeutumista säädetään toimilaitteella 29. Ensimmäisessä turbiinikolossa on vielä jättöreikä 52, jonka kautta pakokaasu pääsee poistumaan turbiinikotelosta. Jättöreikään on liitetty kiertokanava 32 siten, että kiertokanavan ensimmäinen pää liittyy jättöreikään ja toinen pää liittyy toiseen pakokaasukanavaan 36 venttiilin 28 ja toisen sisääntulonielun 26 väliselle osuudelle. Pakokaasu pää25 see siten virtaamaan ensimmäisestä turbiinikotelosta kiertokanavaa ja toista pakokaasukanavaa pitkin toiseen turbiinikoteloon 18, josta se poistuu jättöreiän 52 läpi kuvassa esittämättömään pakoputkeen.The inlet sink of the first turbine housing 14 is extended by the first exhaust conduit 34 and the second turbine housing 18 is provided by the second exhaust conduit 36. the first turbine housing and the second turbine housing. At the junction point of the first and second exhaust conduits there is a valve 28 for closing the second exhaust conduit completely. The opening and closing of the valve 20 is controlled by the actuator 29. The first turbine cavity further has an outlet 52 through which the exhaust gas can escape from the turbine housing. A circulation conduit 32 is connected to the outlet hole so that the first end of the circulation channel is connected to the outlet hole and the other end is connected to the second exhaust conduit 36 for the portion between the valve 28 and the second inlet port 26. Thus, the exhaust gas can flow from the first turbine housing along the circulation conduit and the second exhaust conduit to the second turbine housing 18, from where it exits through the outlet 52 to the exhaust pipe not shown.

Kuva 1 esittää keksinnön mukaista turboahdinta tilanteessa, jossa turboahtimeen liitettyä moottoria 50 käytetään matalalla kierrosluvulla. Tällöin toimilaitteella 29 30 ohjataan venttiili 28 sulkemaan toinen pakokaasukanava 36, jolloin kaikki moottorin sylintereissä syntyvä pakokaasu ohjataan ensimmäiseen turbiinikoteloon 14 pyörittämään ensimmäistä turbiinipyörää 16. Ensimmäisen turbiinipyörän pyöriminen saa kompressoripyörän 12 pyörimään, jolloin ahtopaine ja moottorin teho kasvaa. Pienikokoinen ensimmäinen turbiinipyörä on mitoitettu pyörimään jo moottorin 35 pienillä kierrosluvuilla, jolloin turboahdin ’’herää” tuottamaan ahtopainetta nopeasti, ts. turbon viive on pieni. Pakokaasu poistuu ensimmäisestä turbiinikotelosta kier tokanavan 32 ja toisen pakokaasukanavan 36 kautta toiseen turbiinikoteloon ja edelleen jättöreiän kautta pakoputkistoon.Fig. 1 shows a turbocharger according to the invention in a situation where the engine 50 connected to the turbocharger is operated at low speed. The actuator 29 30 then controls the valve 28 to close the second exhaust conduit 36, whereby all the exhaust gas generated in the engine cylinders is directed to the first turbine housing 14 to rotate the first turbine wheel 16. Rotating the first turbine wheel causes the compressor wheel 12 to rotate. The compact first turbine wheel is dimensioned to rotate already at low engine speeds 35, whereby the turbocharger "wakes up" to produce supercharged pressure quickly, i.e. the turbo lag is small. Exhaust gas exits the first turbine housing via the circulating duct 32 and the second exhaust duct 36 to the second turbine housing and further through the outlet to the exhaust system.

Kun moottorin kierrosluku nousee riittävän korkealle, ensimmäisen turbiinikotelon tai turbiinipyörän koko alkaa rajoittaa pakokaasun virtausta ja pakosarjan paine 5 nousee suhteessa imusarjan paineeseen. Tällöin toimilaite 29 avaa venttiilin 28 kuvassa katkoviivalla viivalla piirrettyyn asentoon, jolloin pakokaasua pääsee virtaamaan pakosarjasta 50 suoraan myös toiseen turbiinikoteloon 18 pyörittämään toista turbiinipyörää 20. Venttiilin oikean avautumishetken määrittämistä varten pakosarjan ja venttiilin välisellä kanavaosuudella on paineanturi 54, jolla mitataan 10 pakokaasun painetta kanavassa. Pakokaasun paineen kasvaessa asetetun kynnysarvon yläpuolelle toimilaite 29 avaa toiseen pakokaasukanavaan johtavan venttiilin. Toisessa turbiinikotelossa pyörivä suurikokoinen toinen turbiinipyörä tuottaa ahtopainetta hyvin moottorin korkeilla kierrosluvuilla, jolloin moottorin teho myös korkeilla kierrosluvuilla paranee.When the engine speed rises high enough, the size of the first turbine housing or turbine wheel begins to limit exhaust flow and the exhaust manifold pressure 5 increases relative to the intake manifold pressure. The actuator 29 then opens the valve 28 in the position shown in the dashed line in the figure to allow the exhaust gas to flow directly from the exhaust manifold 50 directly into the second turbine housing 18 to rotate the second turbine wheel 20. As the exhaust pressure rises above the set threshold, the actuator 29 opens the valve to the second exhaust duct. The large turbine wheel rotating in one turbine housing generates supercharging pressure at high engine speeds, which also improves engine power at high engine speeds.

Edellä on selostettu eräitä keksinnön mukaisen turboahtimen edullisia suoritusmuotoja. Keksintö ei rajoitu edellä selostettuihin ratkaisuihin, vaan keksinnöllistä ajatusta voidaan soveltaa eri tavoin patenttivaatimusten asettamissa rajoissa.Some of the preferred embodiments of the turbocharger according to the invention have been described above. The invention is not limited to the solutions described above, but the inventive idea can be applied in various ways within the scope of the claims.

Claims (4)

1. En turbokompressor, som omfattar ett kompressorhölje (10), ett kompressorhjul (12) inuti kompressorhöljet (10), ett första turbinhölje (14), ett första turbinhjul (16) inuti det första turbinhöljet (14), vilket första turbinhjul (16) har en radie (n), ett andra turbinhölje (18), ett andra turbinhjul (20) inuti det andra turbinhöljet (18), vilket andra turbinhjul (20) har en radie (Γ2), och en axel (22), pä vilken samma axel (22) kompressorhjulet (12), det första turbinhjulet (16) och det andra turbinhjulet (20) är anordnade, kännetecknad av att det första turbinhjulet (16) och det andra turbinhjulet (20) är väsentligen av olika storlek.A turbo compressor comprising a compressor housing (10), a compressor wheel (12) within the compressor housing (10), a first turbine housing (14), a first turbine wheel (16) within the first turbine housing (14), and the first turbine wheel (16). ) has a radius (n), a second turbine housing (18), a second turbine wheel (20) within the second turbine housing (18), which second turbine wheel (20) has a radius (Γ2), and a shaft (22), the same shaft (22) of the compressor wheel (12), the first turbine wheel (16) and the second turbine wheel (20), characterized in that the first turbine wheel (16) and the second turbine wheel (20) are of substantially different sizes. 2. Turbokompressor enligt patentkrav 1, kännetecknad av att det andra turbinhjulets (20) radie (Γ2) är ätminstone 20 % större än det första turbinhjulets (16) radie (n), fördelaktigt ätminstone 35 % större än det första turbinhjulets (16) radie (n), mest fördelaktigt ätminstone 50 % större än det första turbinhjulets (16) radie (n).Turbo compressor according to claim 1, characterized in that the radius (Γ2) of the second turbine wheel (20) is at least 20% larger than the radius (n) of the first turbine wheel (16), preferably at least 35% larger than the radius of the first turbine wheel (16). (n), most advantageously eating at least 50% greater than the radius (n) of the first turbine wheel (16). 3. Turbokompressor enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att den därtill omfattar en första inloppsöppning (24) i det första turbinhöljet (14), en andra inloppsöppning (26) i det andra turbinhöljet (18), en första avgaskanal (34) som leder tili den första inloppsöppningen (24), en andra avgaskanal (36) som leder tili den andra inloppsöppningen (26) och en ventil (28), med vilken den andra avgaskanalen (36) kan slutas.Turbo compressor according to claim 1 or 2, characterized in that it further comprises a first inlet opening (24) in the first turbine housing (14), a second inlet opening (26) in the second turbine housing (18), a first exhaust duct (34) which leads to the first inlet opening (24), a second exhaust duct (36) leading to the second inlet opening (26) and a valve (28) with which the second exhaust duct (36) can be closed. 4. Turbokompressor enligt patentkrav 3, kännetecknad av att det första turbinhöljet (14) har ett utloppshäl (52) för utströmning av avgas och turbokompressorn har därtill en cirkulationskanal (32) som leder frän utloppshälet (52) tili den andra avgaskanalen (36), tili stycket mellan ventilen (28) och den andra inloppsöppningen (26).Turbocharger according to Claim 3, characterized in that the first turbine housing (14) has an outlet heel (52) for exhaust gas discharge and the turbocharger therein has a circulation channel (32) which leads from the outlet hole (52) to the second exhaust duct (36), to the section between the valve (28) and the second inlet opening (26).
FI20185535A 2018-06-12 2018-06-12 Turbocharger FI128190B (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20185535A FI128190B (en) 2018-06-12 2018-06-12 Turbocharger
PCT/FI2019/050450 WO2019239010A1 (en) 2018-06-12 2019-06-11 Turbocharger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20185535A FI128190B (en) 2018-06-12 2018-06-12 Turbocharger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI128190B true FI128190B (en) 2019-12-13
FI20185535A1 FI20185535A1 (en) 2019-12-13

Family

ID=67383788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20185535A FI128190B (en) 2018-06-12 2018-06-12 Turbocharger

Country Status (2)

Country Link
FI (1) FI128190B (en)
WO (1) WO2019239010A1 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005049138A1 (en) * 2005-10-14 2007-04-19 Daimlerchrysler Ag Exhaust gas turbocharger for e.g. petrol engine, has exhaust gas guiding section with control units that control exhaust gas in respective inflow channels, so that turbine wheels are variable and drivable independently from each other
AT510599B1 (en) * 2010-12-20 2012-05-15 Avl List Gmbh Internal combustion engine
GB2500192B (en) * 2012-03-12 2015-11-18 Jaguar Land Rover Ltd Compact Multi-Stage Turbo Pump
GB2551479A (en) * 2016-03-16 2017-12-27 John Bayram Peter A turbocharger with sequential exhaust turbines

Also Published As

Publication number Publication date
FI20185535A1 (en) 2019-12-13
WO2019239010A1 (en) 2019-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9951793B2 (en) Ported shroud geometry to reduce blade-pass noise
US9771856B2 (en) Centrifugal compressor
US9995158B2 (en) Split nozzle ring to control EGR and exhaust flow
US7870731B2 (en) Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine
US7874789B2 (en) Compressor and compressor housing
US10233834B2 (en) Turbocharger combining axial flow turbine with a compressor stage utilizing active casing treatment
US9567942B1 (en) Centrifugal turbomachines having extended performance ranges
US9926840B2 (en) Rotatable diverter valve
JPH06212988A (en) Turbo supercharger
US8820071B2 (en) Integrated compressor housing and inlet
US10138744B2 (en) Turbocharger with variable turbine geometry having grooved guide vanes
WO2014186157A1 (en) Improved nozzled turbine
JP2012107551A (en) Low-pressure-loop egr device
US20160024999A1 (en) Turbine housing with dividing vanes in volute
RU2750512C2 (en) System and method for reducing turbocharger compressor noise
JP2007231906A (en) Multi-cylinder engine
US10858986B2 (en) Turbocharger, two-stage turbo system, and control method for two-stage turbo system
KR101547092B1 (en) Silencer for supercharger
US10787955B2 (en) Two-stage turbo system and control method for two-stage turbo system
FI128190B (en) Turbocharger
US10851705B1 (en) Variable inlet guide vane system for a turbocharger used in a motor vehicle
JPH03202629A (en) Driver device for turbo-supercharger
CN204113442U (en) Turbosupercharger
US10935045B2 (en) Centrifugal compressor with inclined diffuser
US11761458B2 (en) Compressor and turbocharger including compressor

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 128190

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B