DE2360468A1

DE2360468A1 - Turbinengehaeuse

Info

Publication number: DE2360468A1
Application number: DE2360468A
Authority: DE
Inventors: William Edward Woollenweber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-12-06
Filing date: 1973-12-05
Publication date: 1974-06-12
Also published as: FR2210220A5; NL7316724A; JPS5225484B2; US3930747A; AU6302273A; ES421165A1; IN141220B; IT997934B; SE390191B; DE2360468C2; CH574044A5; BR7309552D0; JPS5047021A; CA1026234A

Description

PATENTANWÄLTE Dipl.-Chem. Dr. R U F F Dlpl.-lng. J. B EIE R

7 STUTTGART 1 Neckarstraße 5O Telefon CO711) 22 7O 51

H. Dez. 1973 - JB/e

Anmelder: William Edward Woο11enweber, 5200 Siegburg-Kaldauen, Petersburgstra'ße 13

A 14- 999 A 13 000

Turbinengehäuse

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ttfbinengehäuse mit wenigstens zwei zur Aufnahme eines Strömungsmittelstroms angeord- ' neten Einlassen, an die je ein separater Kanal angeschlossen ist, und mit einem mit den Kanälen verbundenen Spiralabschnitt.

Der Zweck eines Turbinengehäuses ist es einerseits, das Turbinenrad aufzunehmen und der andere, noch wesentlichere Zweck ist, das Strömungsmittel dem Bad derart zuzuführen, daß dieses soviel Energie wie möglich aus dem Strömungsmittel entziehen kann.

Eine häufig benutzte Konstruktion besitzt einen Düsenring, der um den Umfang des Turbinenrades herum angeordnet ist. Dieser bezweckt, die Geschwindigkeit des Strömungsmittels «^

4098 2 4/0341

vor der Beaufschlagung des Turbinenrades zu erhöhen und das Strömungsmittel dem Sad mit dem richtigen Eintrittswinkel zuzuführen. Da der Düsenring vorgesehen war, um die für den' Antrieb des Turbinenrades notwendige Geschwindigkeitserhöhung zu erzielen, waren die Surbinengehäuse bei Verwendung von Düsenringen nur dazu vorgesehen, den Gasstrom so gleichmäßig wie möglich und mit einer relativ geringen Ankunftsgeschwindigkeit um den Umfang des Düsenringes herum zu verteilen.

Häufig werden Turbinen in Verbindung mit einem Zentrifugalkompressor verwendet, um einen Turbokompressor, a.B. einen Turbolader zu bilden, der zur Aufladung der Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung oder zur Erzeugung von Druckluft eingesetzt werden kann. Die Turbine wird bei einer solchen Vorrichtung normalerweise von Auspuffgasen"beaufschlagt, die von den Zylindern der Verbrennungskraftmaschine kommen. Bei einer solchen Anordnung ist das Auspuffsystem der Verbrennungskraftmaschine über geeignete Leitungen mit dem Turbinengehäuse verbunden mad die Turbine muß mit einem intermittierenden oder pulsierenden Auspuffgasstrom arbeiten. Wenn die Leistungsanforderungen an die Verbrennungskraftmaschine steigen, ist es vorteilhaft, ein geteiltes Leitungssystem zu benutzen, in dem die Auspuffgase von den verschiedenen Zylindern durch einen von mehreren getrennten Zxfeigen geleitet werden. Es ist erstrebenswert, daß die Abgase abwechselnd durch die Zweige geleitet werden, a.B. bei einem Sechs-Zylinder-Motor mit einer Zündfolge 1-5-3-6-2-4 können die Auspuffgase von den Zylindern 1, 2 und 5 durch, einen Zweig geführt werden und die Auspuffgase von den Zylindern 4, 5 und 6 können durch den anderen Zweig geleitet werden.

Der Vorteil bei der Benutzung von getrennten Zweigen für die Abgase ist darin' zu sehen, daß der statische Druck in jedem Zweig zwischen jedem Auspuff stoß, der in diesem Zweig auftritt,

409824/0341

auf einen niedrigen Wert abfallen kann, wodurch die Pumpverluste des Motors vermindert werden. Bei Systemen mit einem einzelnen Zweig für die Abgase aller Zylinder bleibt der statische Druck, wenm die Auspuffstoße näher beieinander liegen, auf einem höheren Wert, als wenn die Auspuffgase .in getrennten Zweigen geführt werden.

Bei einem bekannten Typ eines Turbinengehäuses, das bei Turboladaren verwendet wird, werden die Gase aus zwei separaten Zweigen zwei Spiralkanälen zugeführt, die dann benutzt werden, um die getrennten Abgasströme dem Turbinenrad zuzuführen. Dabei führt jeder Spiralkanal dem Umfang der Turbinenwelle Gas in einem Bereich von etwa 180° zu. Solch eine Anordnung, die als "Doppelstrom"-Turbinengehäuse bezeichnet wird, bedingt, daß aufeinanderfolgende Stöße den einander entgegengesetzten Seiten des Turbinenrades zugeführt werden, was-zu Leistungsverlusten führt, die mit der Teilbeäufschlagung der Turbine zusammenhängen und auch Schwierigkeiten im Lagerungssystem hervorruft, die durch die wechselnden Lateralkräfte bewirkt werden, die auf die einander gegenüber liegenden Seiten des Turbinenrades aufgebracht werden.

Bei einer anderen Anordnung, die als "Zwillings"-Turbinengehäuse ("twin'flow") bezeichnet wird, ist die Spirale des Turbinengehäuses in zwei Kanäle aufgeteilt, die nebeneinander liegen und von denen jeder Abgase aus einer von zwei Zweigen des Abgasesystems enthält und bei denen jeder ungefähr 360° des Umfanges des Turbinenrades beaufschlagt.

_t Bei geeigneter Bemessung der Kanäle des Turbinengehäuses, die , zu dem Spiralabschnitt führen^ kann bei beiden bekannten Gehäusetypen die Geschwindigkeit der Auspuffgase beibehalten oder gesteigert werden und der teuere Düsenring kann weggelassen

■ '. werden.

40S824/0341 '

Das "Zwillings"-Turbinengehäuse beseitigt das Problem der Teilbeaufschlagungsverluste, die bei dem Doppelstromtyp auftraten und beseitigt auch die Probleme, die durch die abwechselnde Beaufschlagung der Gase auf die einander entgegengesetzten Seiten des Turbinenrades auftraten. Das "Zwillings"-Gehäuse erzeugt jedoch stets Leistungs- bzw. Wirkungsgradverluste, da der Auslaß- Kreisring jeder der "Zwillings'•-Strömungskanäle wesentlich kleiner ist als der Einlaß-Kreisring des Turbinengehäuses. Der Gasstrom tritt abwechselt in jedem der Zwillings-Strömungskanäle auf, wodurch eine schnelle Expansion des Gases bewirkt wird, wenn es aus der Zwillingsspirale austritt und bevor es in das Turbinenrad eintritt. Zusätzlich wirft das "Zwillings"-Turbinengehäuse ein ernsthaftes mechanisches Problem auf, da die Mittel wandung, die die Spirale unterteilt, der Wärmeverformung und Eißbildungsgefahr unterliegt, wenn sie intensiven Temperaturänderungen in dem Auspuffgasstrom ausgesetzt wird. Das "Doppelstrom"-Turbinengehäuse enthält ebenfalls eine innere heiße Trennwand, aber da diese an beiden Enden an der äußeren Gehäusewandung angebracht ist, ist das Verformungs- und Rißbildungsproblem nicht so ernsthaft wie bei dem "Zwillings"-Typ.

Eine dritte Art bekannter Turbinengehäuse ist in dem US-Patent 3 408 046 beschrieben. Dieser eliminiert die Verluste durch Teilbeaufschlagung des ^MDoppelstrom"-Typs und die Trennwand in Meridiamrichtung bei dem "Zwillings"-Typ und kann Auspuffgas ströme aua einem Auspuffsystem mit zwei getrennten Zweigen aufnehmen. Dieser ist als "Halbgeteilter"-Typ bekannt und enthält eine Trennwand, die an dem Einlaßflansch des Gehäuses beginnt und am Beginn des Spiralabschnittes des Gehäuses oder davor endet. Diese Partia!trennwand trennt zwei nebeneinander liegende zusammenlaufende Kanäle, die eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Auspuffgase vor dem Eintritt

409824/0341

in den Spiralabschnitt des Gehäuses bewirken.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Turbinengehäuse zu schaffen, das die Vorteile des "halbgeteilten"-Typs beibehält, aber zusätzliche Wirkungsvorteile für die Turbine und auch für den Motor rückwirkende Vorteile schafft.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß einer der Kanäle einen anderen der Kanäle an dessen Ende um wenigstens 160° umgibt.

Kach einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Ende des zxtfeiten Kanals am Beginn des Spiralabschnittes des Gehäuses oder in Strömungsrichtung davor»

Vorzugsweise umgibt der eine Kanal wenigstens 180 und besonders vorteilhaft 270 bis 360° des zweiten Kanals an dessen Ende.

Um Strömungsprobleme in den Kanälen zu vermeiden, werden sie vorzugsweise von dem Einlaß, wo sie normalerweise nebeneinander liegen, zu ihrem Vereinigungspunkt, wo einer wenigstens teilweise den anderen umgibt, fortlaufend geändert.

Jeder Kanal kann bis zu seinem Vereinigungspunkt mit dem anderen Kanal eine konstante Querschnittsfläche behalten,die Querschnittsfläche kann jedoch, wenn dies erwünscht oder notwendig ist, (vorzugsweise allmählich) vom Einlaß zum Vereinigung spunkt mit dem anderen Kanal reduziert werden, um die Geschwindigkeit des Strömungsmittels durch den Kanal beizubehalten oder zu steigern. Bei einer weiteren Anordnung kann ein sogenannter "Überschalldüsen"-Effekt (Laval-Düse) erreicht

409824/0341

werden, indem jeder Kanal derart bemessen ist, daß er einen axialen Abschnitt hat, in den die Querschnittsfläche abnimmt (vorzugsweise allmählich.) und sich daran ein Abschnitt anschließt, in dem die Querschnittsfläche sich (vorzugsweise allmählich) vergrößert«, Die Kanäle können also in Form von Düsen mit variierenden Flächenverhältnissen und Flächen-Plänen ausgebildet sein.

Wenn das Gehäuse drei Einlasse und drei Kanäle enthält, können die drei Kanäle sich an einem einzelnen. Punkt vereinigen (an oder nahe dem Beginn des Spiralabschnittes des Gehäuses) oder zwei der Kanäle können sich erst mit dem dritten und darauffolgend mit dem Kanal vereinigen, der durch. Vereinigung des ersten und sweiten Kanals gebildet " ist. Im ersten Fall kann vorzugsweise jeder der beiden Kanäle am Vereinigüngspunkt wenigstens 160 des dritten Kanals umgeben. Im letzteren Falle umgibt d?r erste Kanal am Vereinigungspunkt wenigstens 160° des zweiten Kanals und der dritte Kanal umgibt wenigstens 160° der vereinigten ersten und zweiten Kanäle an dem Vereinigung spun kt des dritten Kanals mit diesem.

Nach, einem weiteren vorteilhaften Merkmal der vorliegenden Erfindung enthält das Turbinengehäuse wenigstens zwei Einlasse, von denen jeder einen Strömungsmittelstrom aufnehmen kann. Mit jedem der Einlasse ist ein separater Kanal verbunden, wobei einer oder mehrere dieser Kanäle so angeordnet sind, daß sie wenigstens 2?0° eines anderen dieser Kanäle an dessen Ende umgeben. Es enthält ferner einen Spiralabschnitt, der mit den Kanälen in Verbindung steht, wobei das Ende des letztgenannten Kanals am Beginn des Spiralabschnittes des Gehäuses oder in Strömungsrichtung davor liegt.

409824/0341

Die Wirkung des Gehäuses nach der vorliegenden. Erfindung ist derart, daß Strömungsmittel,z.B. Auspuffgas von verschiedenen Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine, abwechselnd durch die Kanäle geleitet wird (im Falle der getrennten· Auspuff gas strömung von der Verbrennungskraftmaschine) und daß eine induzierte Gasströmung (oder ein Saugeffekt) in dem anderen Kanal oder den anderen Kanälen erreicht wird, in denen wenig Gasströmung vorliegt. Dadurch wird der statische Druck in diesem Kanal oder den Kanälen herabgesetzt.

Obwohl das Turbinengehäuse nach der Erfindung vorzugsweise nur eine einzelne Spirale enthält, ist es möglich, auch mehr als eine Spirale vorzusehen, wenn dies erwünscht ist. Z.B. kann dies erwünscht sein, wenn der Gasstrom zu dem Gehäuse von einer V8-Verbrennungskraftmaschine stammt, um die Auspuffgase von einer Zylinderreihe einer Spirale zuzuführen und die Auspuffgase der anderen Zyiinderreihe der zweiten Spirale. Jede Zylinderreihe hat dann wenigstens zwei Auspuffzweige, die mit separaten Einlassen des Gehäuses verbunden sind. Das Gehäuse enthält separate Serien von sich vereinigenden Kanälen für jeden Spiralabschnitt.

Wenn in der Beschreibung und den Ansprüchen auf Verbrennungskraftmaschinen Bezug genommen ist, so sind darunter alle Typen von Verbrennüngskraftmaschinen zu verstehen^ einschließlich Diesel-Motoren, Drehkolben-Motoren etc.

Das Gehäuse nach der vorliegenden Erfindung schafft folgende Vorteiles

I. Es ist keine heiße Innenwand notwendig, die sich um den Umfang des Turbinenrades herum erstreckt,

409824/0341

wie es bei dem "Zwillings"-Gehäuse notwendig wäre. Somit ist das Problem der Rißbildung und Verformung dieser Wandung vermieden.

II. Die Verluste durch Teilbeaufschlagung des "Doppels trom"-Gehäuses sind ausgeschaltet.

III. Die Verluste durch plötzliche Expansion des "Zwillings"-Gehäuses treten nicht auf.

IV. Das Gehäuse kann so ausgebildet sein, daß es dem aus den Kanälen in den Spiralabschnitt austretenden Gasstrom eine definierte Richtung erteilt.

V. Die wechselnden Seitenkräfte, die auf das Turbinenrad bei .dem "Doppelstrom"-Gehäuse ausgeübt werden, sind ausgeschaltet, da der Gasstrom im wesentlichen einheitlich um den Umfang des Rades herum zugeführt wird.

VI. Es kann ein kleineres und billigeres Gehäuse verwendet werden als bei den "Doppelstrom-*und *Zwillings"-Gehäuse-Typen.

VII. Bei der Kombination mit einer Verbrennungskraftmaschine werden durch den Saugeffekt, der einen geringeren statischen Druck indem Auspuffsystem erzeugt, die Pumpverluste des Motors herabgesetzt, wodurch der Brennstoffverbrauch herabgesetzt und/oder die Leistungsabgabe verbessert wird.

409824/0341

Es ergeben sich zahlreiche Vorteile aus der Kombination eines Turbinengehäuses nach der vorliegenden Erfindung mit,einem Auspuffsystem, das zwei Leitungen umfasst, die sich vereinigen, um eine gemeinsame Leitung derart zu schaffen, daß eine der Leitungen an dem Punkt, an dem sie sich vereinigen, die andere um renigstens 160° umgibt. Dabei vereinigen sich zwei weitere Leitungen zur Bildung einer weiteren gemeinsamen Leitung, wobei eine dieser weiteren Leitungen die andere weitere Leitung an dem Vereinigungspunkt um wenigstens 160°. umgibt. Von den gemeinsamen Leitungen ist jede mit einem Einlaß des Turbinengehäuses verbunden.

Das oben beschriebene Auspuffsystem ist für eine Vier-Zylinder-Verbrennungskraftmaschine bestimmt. Das Auspuffsystem für einen Sechs-Zylinder-Motor kann jedoch auch vorteilhaft mit einem Turbinengehäuse nach der vorliegenden Erfindung verbunden sein. In einem solchen Falle enthält das Auspuffsystem drei Leitungen, die sich zur Bildung einer gemeinsamen Leitung verbinden. Eine vereinigt sich zuerst direkt mit einer zweiten Leitung und die so gebildete Leitung vereinigt sich danach mit einer dritten Leitung. Drei weitere Leitungen vereinigen sich in der selben Weise zur Bildung einer weiteren gemeinsamen Leitung und die gemeinsamen Leitungen sind mit den Einlassen des Turbinengehäuses verbunden. Die je drei Leitungen können sich jedoch auch gleichzeitig zur Bildung der gemeinsamen Leitung vereinigen.

Zur Steigerung der Geschwindigkeit der Auspuffgase können die Enden der Auspuffleitungen, die mit dem Turbinengehäuse verbunden sind, zur Bildung eines zusammenlaufenden bzw. konisehen Düsenabschnittes ausgebildet sein*

409824/0341

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor. Einige Ausfühningsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläuterte Es zeigen:

Fig. 1 den Querschnitt eines Turbinengehäuses nach

der Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht des Turbinengehäuses nach

1, die die Einlasse des Turbinengehäuses darstellt, und wobei zur klareren Darstellung das übrige Gehäuse weggelassen ist·,

Fig. 3 bis 13 Querschnitte des Einlasses der Turbine nach Fig. 1 nach den Linien IH-IIX₁ IV-IV, V-V, VI-VI, VII=VII, VIII-VIII, IX-IX, X-X, XI-XI, III-XII und XIII- XIII, wobei auch hier jeweils der Hintergrund zwo klareren Darstellung weggelassen ist,

Fig. 14 ist ein Schnitt ähnlich Fig„ 1 durch ein anderes Turbinengehäuse ' nach der Erfindung,

Fig. 15 ein Diagramm, in dem die statischen Drücke

in dem Auspuff system, das eine bekannte Turbine speist^mit denen in einem Auspuffsystem verglichen sind, das eine Turbine mit einem Gehäuse nach der vorliegenden Erfindung speist,

Fig.16 bis 19 sind Darstellungen (einige geschnitten)

409824/0341

eines weiteren modifizierten Gehäuses nach der Erfindung,

Fig. 20 eine teilweise geschnittene Seitenansicht

eines anderen modifizierten Gehäuses nach der Erfindung,

Fig. 21 eine Ansicht der Einlaßgestaltung des Gehäuses nach Fig. 20.

Fig. 22 bis 25 sind Schnittdarstellungen entlang den linien A-A, B-B, C-O und D-D in Fig. 20.

Fig. 26 zeigt eine schema'tische Ansicht, in der die

Art dargestellt ist, in der· eine Turbine mit einem Gehäuse nach der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit der Aufladung, einer Verbrennungskraftmaschine benutzt werden kann.

Fig. 27 zeigt schemaartig ein Auspuffsystem einer

Vier-Zylinder-Maschine, das mit einem Turbinengehäuse nach der vorliegenden Erfindung verbunden ist.

- Fig. 28 ist ein Teilschnitt nach der Linie X-X

in Fig. 27.

Fig. 29 stellt schematisch ein Auspuffsystem

einer Sechs-Zylinder-Maschine dar, das mit einem Turbinengehäuse nach der vorliegenden Erfindung verbunden ist.

9 8 24/0341

23604S8

A 14 999/15 000 - 12 -

Fig. 30 ist ein Teilschnitt nach der Linie

Y-Y in Fig. 29.

Fig. 31 zeigt eine Alternativanordnung zu der,

die in den Fig. 29 und 30 zur Verbindung dreier Auspuff-leitungen gezeigt ist,

Pig. 32 zeigt eine weitere Alternative zu der

Anordnung, die in den Fig. 29 und 30 zur Verbindung dreier Auspuffleitungen dargestellt ist,

Fig. 33 ist eine schematische Darstellung einer

Umlaufmaschine in Verbindung mit einem Turbinengehäuse nach der vorliegenden Erfindung und

Fig. 34 ist eine Querschnittsansicht eines Turbinengehäuses nach der vorliegenden Erfindung, das an eine Auspuffleitung über einen Düsenabschnitt angeschlossen ist.

In den Fig. 1 bis 13 ist ein Turbinengehäuse 10 gezeigt. Das nicht dargestellte Turbinenrad rotiert um die Achse und die Schaufeln der Turbine haben eine derartige Länge, daß sie bei ihrer Drehung von der Stelle 14 des Gehäuses gerade freibleiben. Es ist zu erkennen, daß die äußere Wandung des Gehäuses eine Spirale 18 bildet, die Strömungsmittel, das in die Spirale eintritt, progressiv dem Turbinenrad über

409824/0341

a 14 999/15 ooo - 13 - 2360A68

nahezu 360-° seines Umfanges zuführt.

Der Plansch oder die Stüiflache 20 des Gehäuses 10 enthält zwei Einlasse 22, 24, die nebeneinander angeordnet sind. Diese Einlasse können mit unterschiedlichen Zweigen einer Auspuffleitung einer Verbrennungskraftmaschine verbunden sein. An die Einlasse 22, 24 sind Kanäle 26, 28 angeschlossen und es ist aus den Fig. 3 bis 9 zu erkennen, daß die Kanäle 26, 28 sich in ihrer Form fortlaufend ändern, so daß der Kanal 28 an dem Endpunkt 30 der Kanäle, der mit dem Be-* ginn der Spirale 18 zusammenfällt, etwa 280° des Umfanges des Kanals 26 umgibt. Beide Kanäle werden also über ihre Länge fortlaufend in ihrer Querschnittsfläche reduziert, um die Geschwindigkeit des Strömungsmittels, das durch sie hindurch fließt, zu erhöhen.

Im Betrieb wird Auspuffgas abwechselnd durch die Einlasse 22, 24 den Kanälen 26, 28 zugeführt. Das Strömungsmittel verläßt die Kanäle 26, 28 am Endpunkt 30 und strömt durch die Spirale 18 in das nicht dargestellte Turbinenrad und bewirkt dessen Rotation. Wenn das Auspuffgas aus dem Kanal strömt, übt es auf den Kanal 26 einen Saugeffekt aus, wodurch der statische Druck in diesem Kanal und somit auch in der daran angeschlossenen Auspuffleitung herabgesetzt wird.

Auf die selbe Weise übt das Auspuffgas einen Saugeffekt auf den Kanal 28 aus, wenn es aus dem Kanal 26 austritt, wodurch der statische Druck in dem Kanal 28 und somit in der daran angeschlossenen Auspuffleitung abgesenkt wird. Die Form der Kanäle ist in den Querschnittsdarstellungen der Fig. 1 bis 13 im einzelnen dargestellt, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.

409824/0341

A 14 999/15 ooo - 14 -

In Fig« 14 ist eine Darstellung entsprechend Fig. 1, jedoch eines abgerundeten Turbinengehäuses gezeigt. In dieser Zeichnungsfigur bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in den Pig. 1 bis 13 entsprechende Teile. Das Gehäuse ist demnach den Fig. 1 bis 13 ähnlich, jedoch dadurch abge- · wandelt, daß die Länge der Kanäle 24, 26 erhöht ist, so daß am Ende der Kanäle 24, 26 (das mit dem Beginn des Spiralabschnittes 18 zusammenfällt) der Kanal 28 den Umfang des Kanals 26 um volle 360° umgibt.

In Fig. 15 stellt das Diagramm den statischen Druck in jeder der beiden Zweige einer geteilten Auspuffleitung dar, die mit einem Turbolader verbunden ist und zwar über dem Drehwinkel der Kurbelwelle einer Sechs-Zylinder-Verbrennungskraftmaschine. Die durchgezogene Linie zeigt den statischen Druck in dem Zweig an, der mit den Zylindern 1, 2 und 3 verbunden ist und die strichlierte Linie zeigt den statischen Druck in dem Zweig an, der mit den Zylindern 4, 5 und 6 verbunden ist, wenn das Turbinengehäuse von einer bekannten Bauart ist. Die strichpunktierte Linie zeigt den statischen Druck an, wenn der Turbolader ein Turbinengehäuse nach der vorliegenden Erfindung enthält. Es ist zu erkennen, daß die niedrigeren statischen Drücke in jedem Zweig der Auspuffleitung erzielt werden, wenn ein Turbinengehäuse benutzt wird, das nach der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.

In den Fig. 16 bis 19 ist eine Serie von Darstellungen gezeigt, die in ihrer Darstellungsweise ähnlich denen nach den Fig. 2 bis 12 sind. Hier ist jedoch ein Turbinengehäuse gezeigt, das direkt mit einem Auspuffsystem mit drei Zweigen (nicht dargestellt) verbunden werden kann. Drei Einlasse 30, 32, 34, die nebeneinander angeordnet sind, sind je für die

409824/0341

A 14 999/15 000 - 15 - ·

Verbindung mit einem separaten Zweig des Auspuff systems vorgesehen. Die Einlasse 30, 32, 34 stehen mit den Ka- ■ nälen 36, 38 und 40 in Verbindung, die sich in der in den Fig. 17, 18 und 19 detailliert gezeigten Weise zu einem Punkt hin entwickeln (gezeigt in Pig. 19),an dem die Kanäle in einem einzelnen Kanal einmünden. Dieser Punkt fällt mit dem Beginn des spiralförmigen Abschnittes (nicht dargestellt) des Gehäuses zusammen. An diesem Punkt umgibt jeder der Kanäle 36, 40 wenigstens 160° des ümfanges des Kanals 38. Während die Kanäle sich in der Form vom Einlaß zu dem in Fig. 19 gezeigten Punkt ändern, nehmen ihre Querschnittsflächen ebenso fortlaufend ab, um einen Düsen-Effekt zu erzeugen.

Im Betrieb haben Stöße von Auspuffgas, die den Kanal 38 verlassen, einen Saugeffekt auf die Kanäle 36 und 40 und in gleicher Weise haben Stöße von Auspuffgas, die die Kanäle 36 und 40 verlassen, einen Saugeffekt auf die anderen beiden Kanäle zur Folge.

Die Fig. 20 bis 24 zeigen ein weiter abgeändertes Turbinengehäuse zur Benutzung in direkter Verbindung mit einem Auspuffsystem einer Verbrennungskraftmaschine mit drei Zweigen. Drei Einlasse 30, 32, 34 sind nebeneinander angeordnet und stehen mit den Kanälen 36, 38 und 40 in Verbindung. Die Weise, in der diese Kanäle sich verändern, kann aus den Fig. 21 und 22 bis 25 detailliert ersehen warden. Auch dort können die Querschnittsbereiche "sich fortlaufend verringern, um eine Düse zu bilden, während sich die Querschnittsform der Kanäle ändert. Es kann jedoch auch wahlweise jeder Kanal in seiner Querschnittsform über seine Länge konstant bleiben. An einem Punkt, der von dem Beginn der Spirale 18 stromaufwärts liegt,endet der Kanal 36 und es kann aus Fig. 24 er-

409824/03 41

2360458-

A 14 999/15 000 - 16 -

sehen werden, daß an diesem Punkt der Kanal 38 den Kanal 36 um etwa 280° am Umfang umgibt. Die Kanäle 36, 38 vereinigen sich, daher und bilden den Kanal 42. An dem Endpunkt des Kanales 40, 42, der mit dem Beginn des Spiralabschnittes 18 zusammenfällt, umgibt der Kanal 40 ungefähr 280° des Umfanges des Kanales 42.

Der mit 18' bezeichnete Teil der Gehäusewandung kann, wie mit der strichlierten Linie gezeigt ist, ausgedehnt werden, um einen einzelnen Übergangs ab schnitt vor dein Beginn des konventionellen Spiralabschnittes des Gehäuses zu schaffen.

Im Betrieb haben Stöße von Auspuffgas, die den Kanal 40 verlassen, einen Saugeffekt auf den Kanal 42, der seinerseits die statischen Drücke in jedem der Kanäle 36, 38 absenkt. Stöße von Auspuffgas, die den Kanal 42 verlassen, haben einen Saugeffekt auf den Kanal 40. Ein ähnlicher Effekt tritt zwischen den Kanälen 36 und 38 auf, indem Stöße von Auspuffgas, die einen dieser Kanäle verlassen, einen Saugeffekt auf den anderen Kanal ebenso wie auf den Kanal 40 haben.

In Pig. 26 ist eine Verbrennungskraftmaschine 44 (Kraftmaschine mit innerer Verbrennung) dargestellt, die sechs Zylinder (nicht gezeigt) enthält. Diese stößt ihre Auspuffgase in ein Paar von Auspuffzweigen 46, 48 aus» Die Zylinder 1, 2 und 3 liefern Auspuffgase in den Zweig 46 und die Zylinder 4, 5 und 6 in den Zweig 48. Ein Turbola&ar 50 besitzt einen Turbinenteil 52 und einen Kompressorteil 54·· Der Kompressor kann von jeder geeigneten Bauart sein und erhält Luft durch einen Einlaß 56 und fördert die komprimierte Luft durch einen Kanal 58 in den Einlaßverteiler 60 der Verbrennungskraftma-

409824/0341

schine 44, so daß die Zylinder aufgeladen werden. Die Turbine 52· enthält ein Turbinengehäuse nach der vorliegenden Erfindung und erhält Abgase von den Zweigen 46, 48 zugeführt, die die Turbine antreiben, die ihrerseits den Kompressor 54 antreibt. Die Auspuffgase verlassen die Turbine, nachdem sie durch diese hindurchgeströmt sind, am Auslaß 62 in die Atmosphäre durch eine geeignete Auspuffreinigungsvorrichtung oder andere übliche Typen von Abgas führungen.

In den Fig. 27 und 28 der Zeichnungen ist eine Vier-Zylinder-Verbrennungskraftmaschine 110 dargestellt, die über' vier Leitungen 112, 114, 116 und 118 auslaßt., Die Leitungen 112 und 114 vereinigen sich an der Stelle 120, um eine gemeinsame Leitung 122 zu bilden und es kann aus Fig. 28 ersehen werden, daß an diesem Funkt die Leitung 114 360° der Leitung 112 umfasst. Die Leitungen 116 und 118 vereinigen sich in ähnlicher Weise an der Stelle 124, um eine gemeinsame Leitung 126 zu bilden. Die Leitungen 122 und 126 laufen bei 128 in einer ähnlichen Weise zusammen, um eine Leitung 130 zu bilden, die die Auspuffgase einer Turbine 10 zuführen, wie dies oben beschrieben wurde.

Im Betrieb schieben die Zylinder in der Reihenfolge 1-3-2-4 aus und es ist zu erkennen, daß die Abgasstöße bzw. -Impulse, die durch die Leitung 112 strömen, eine Saugwirkung auf axe Leitung 114 ausüben, während die durch die Leitung 114 strömenden Abgasimpulse in der Leitung 112 eine Saugwirkung hervorrufen. In gleicher Weise haben die Abgase, die durch die Leitungen 116 und 118 strömen,einen Saugeffekt auf jeweils die andere der beiden Leitungen. Ein ähnlicher Effekt wird auch zwischen den Xeitungen 122 und 126 an dem Punkt erreicht, an dem sie sich vereinigen. An jedem Vereinigungspunkt der ver-

40982 A/03 4 1

schieden'en Leitungen wird ein Saugeffekt erzielt und daraus resultiert ein geringerer statischer Druck in den Auspuff leitung en, der eine entsprechende Verminderung des Pumpeffekts hervorruft, der von dem Motor aufgebracht werden müßte, um diesen statischen Druck zu überwinden.

In Fig. 29 und 30 ist eine Sechs-Zylinder-Verbrennungskraftmaschine 110A dargestellt, die in die Leitungen 132, 134, 136, 138, 140 und 142 ausstößt. Die Leitungen 132 und 134 vereinigen sich an einer Stelle 146, um eine gemeinsame Leitung 144 zu bilden und diese Leitung 144 vereinigt sich danach mit' der Leitung 136 an der Stelle 148 und bildet eine Leitung 15O. An der Stelle 146 umgibt die Leitung 134 die Leitung 132 zu 360 und, wie aus Figur 30 zu erkennen ist, umgibt die Leitung 136 360° der Leitung 144 an der Stelle 148. Die Leitungen 138» 140 und 142 vereinigen, sich in ähnlicher ¥eise,iua eine einzige Leitumg 152 zu bilden. Die Leitungen 150 und 152 werden in das 5hiirbinengehäuse 10 geführt, wie es in den Fig. 1 bis 13 dargestellt ist. Das Turbinengehäuse 10 bildet einen Teil einer Turbine eines Turbo la dar s, die zur Aufladung des Motors 110A benutzt wird.

Im Betrieb stößt der Motor Abgase aus den Zylindern in der Reihenfolge 1-5-3-6-2-4 aus und zwar in gleicher Weise, wie es in Bezug auf Fig. 27 beschrieben wurde. Es ist zu erkennen, daß das Auspuffgas, das durch jede der verschiedener Leitungen strömt, eine Saugwirkung auf die anderen Leitungen ausübt, mit denen sich diese Leitung vereinigt. Wenn man dem Weg eines einzelnen Auspuffstoßes aus irgend-einem der sechs Zylinder folgt und dabei auch den Saugeffekt in Rechnung stellt, der durch das Turbinengehäuse 54 erzeugt wird, kann man erkennen, daß ein Saugeffekt auf alle fünf übrigen Auslaßrohre oder Auslaßkrümmer ausgeübt wird, die den statischen

409824/0341

A 14 999/15 ooo - 19 - ■ ·

Druck in jedem dieser Bohre oder Krümmer absenkt.

In Fig. 31 ist eine Alternative gezeigt, in der drei.Leitungen miteinander vereinigt werden, um eine einzige Leitung zu bilden. Bei dieser Anordnung sind drei Leitungen 156, 158, 160 gleichzeitig zur. Bildung einer einzelnen, nicht dargestellten Leitung zusammengeführt. An dem Vereinigungspunkt 156 umgibt die Leitung 156 die Leitung 158 zu etwa 270°, die ihrerseits etwa 280° der Leitung 160 umgibt.

Fig. 32 zeigt eine weitere Alternativ- Ausführungsrorm, in der drei Leitungen gleiciizeitig zusammengeführt werden, um eine gemeinsame Leitung zu bilden«, Bei dieser -Ausführung umgibt jede der Leitungen 156, 158 am Punkt der Zusammen-' führung et v/a 160° der. Leitung 160» .

In Fig. 33 ist ein. Hehrsclieiben<~£otationskolben--Hotor 162 dargestellt, der über Leitungen 164 ₉ 166 mit einem Turbinengehäuse 10 verbunden ist« Bas Turbinengehäuse ist von der Art, wie vorstehend anhand der I¹Xg₀ 1 "bis 15 beschrieben und daher werden gleiche Beziagszeichen für entsprechende Teile des Gehäuses benutzt. Zwei Einlasse 22, 24 des Gehäuses sind mit den entsprechenden Leitungen 164, 166 verbunden. Jeder Einlaß geht in einen Kanal 26, 28 über und die beiden Kanäle vereinigen sich an. einem Punkt, der entweder an dem Spiralabschnitt 18 des Gehäuses oder stromaufwärts von diesem liegt. Einer dieser Kanäle 26 umgibt den zweiten Kanal 28 am Ende des zweiten Kanals 28 um wenigstens 160° fesrzugsweise um wenigstens 180° und noch weiter bevorzugt sind 270 bis 360°). Das nicht dargestellte Turbinenrad ist auf einer ebenfalls nicht dargestellten Welle angeordnet, die auch einen,

409824/0341

Kompressorteil 16? trägt.

Im Betrieb werden Abgase abwechselnd von den beiden nicht dargestellten Kammern des Motors 162 über die Kanäle 164 und 166 in die Turbine 10 hineingespeist. Aus der Zeichnung ist zu erkennen, daß die Kanäle 164, 166, die die Auslaß-Öffnungen des Motors mit den Einlassen 22; 24 des Turbinengehäuses verbinden, extrem kurz umd von einfacher Formgestaltung sind. In einer modifizierten Anordnung können die Kanäle 164, 166 weggelassen sein, indem die Einlaßanschlüsse des Turbinengehäuses 10 mit den Auslaßanschlüssen des Motors 162 verbunden werden. Das Turbinengehäuse ist dann direkt an den Auslaßanschlüssen des Motors mqntiert.

Um die erwünschte Geschwindigkeit der Auspuffgase am Eintritt des Spiralabschnittes des Turbinengehäuses zu erzielen, ist eine Düse 168 (Fig. 34) am Ende jeder Auspuffleitung 164, 166, die mit den Einlassen 22, 24 des Turbinengehäuses 10 in Verbindung steht, vorgesehen. Dieser Düsenabschnitt kann auch innerhalb des Turbinengehäuses ausgebildet sein. Alle oben beschriebenen Ausführungsformen können mit einem solchen Düsenabschnitt versöhen sein. Er kann jedoch auch, wenn die Auspuffgasgeschwindigkeit ausreichend ist, entfallen.

409824/0341

Claims

A 14 999/ 15 Ot)O - 21- - Ansprüche.

1.] Turbinengehäuse mit wenigstens zwei zur Aufnahme eines ^^ Strömungsmittelstroms angeordneten Einlassen, an die je ein separater Kanal angeschlossen ist und mit einem mit den Kanälen verbundenen Spiralabschnitt, dadurch gekennzeichnet,- daß einer der Kanäle (28) einen anderen der Kanäle (26) an dessen Ende um wenigstens 160° umgibt.

2. Turbinengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des anderen Kanals (26) am Beginn des Spiralabschnittes (18) des Gehäuses oder in Strömungsrichtung davor liegt.

3. Turbinengehäuse nach Anspruchs oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Kanal (28) den anderen Kanal (26) um wenigstens 180° umgibt.

4. Turbinengehäuse nach Anspruch 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß der eine Kanal (28) den zweiten Kanal (26) zu 270 bis 360° umgibt.

5. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnäc, daß die Kanäle (26, 28) sich von den Einlassen 22, 24 zu ihrem Vereinigungspunkt, an dem einer den anderen zumindest teilweise umgibt, fortschreitend in der Form verändern.

6. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche jedes Kanals (26, 28) von den Einlassen 22, 24 zum'Vereinigungspunkt

409824/0341

mit einem anderen Kanal fortschreitend vermindert.

7. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse nur zwei Kanäle (26, 28) enthält, die sich am Beginn des Spiralabschnittes des Gehäuses vereinigen.

8. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse nur zwei Kanäle (26, 28) enthält, die sich an einem Punkt vereinigen, der in Strömungsrichtung vor dem Beginn des Spiralabschnittes (18) des Gehäuses liegt.

9. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse drei Kanäle (36, 38, 40) enthält, die sich am Beginn des Spiralabschnittes (18) des Gehäuses vereinigen.

10. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet., daß das Gehäuse drei Kanäle (36, 38, 40) besitzt, die sich an einem Punkt vereinigen, der in Strömungsrichtung vor dem Beginn des Spiralabschnittes (18) des Gehäuses liegt.

11. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kanäle (36,"4O) einen dritten Kanal- (38) am Vereinigungspunkt um wenigstens 160° umgeben.

12. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse drei Kanäle (36, 38, 40) enthält, von denen sich zwei zur Bildung eines gemeinsamen Kanies (42) vereinigen, der sich dann seiner-

409824/0341

seits mit dem dritten Kanal (40) vereinigtν -daß der erste Kanal (38) an dem Vereinigungspunkt wenigstens 160° des zweiten Kanäles (36) umgibt und daß der dritte Kanal (40) die vereinigten ersten und zweiten Kanäle an dem Punkt ihrer Vereinigung mit dem dritten Kanal (40) um wenigstens 160° umgibt.

13. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es an einem Turbolatar angeordnet und mit einer Verbrennungskraftmaschine verbunden ist. ·

14. Turbinengehäuse nach einem.der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Auspuff system verbunden ist, das zwei Leitungen (112, 114) besitzt, die sich zur Bildung einer gemeinsamen Leitung (122)'derart vereinigen, daß eine der Leitungen (114) die andere Leitung (112) an ihrem Vereinigungspunkt um wenigstens 160° umgibt, daß zwei weitere Leitungen (116, 118) vorgesehen sind, die sich zur Bildung einer weiteren, gemeinsamen Leitung (126) vereinigen, indem eine dieser Leitungen (118) die andere Leitung (116) an ihrem Vereiniguiigspunkt um wenigstens 160° umgibt und daß die gemeinsamen Leitungen (122, 126) je mit einem Einlaß des Turbinengehäuses (10) verbunden sind. ..-"..

15. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß es an, ein Auspuff system angeschlossen ist, das drei Leitungen (156» 158, 160) enthält, die sich gleichzeitig vereinigen, um eine einzelne Leitung zu bilden, indem zwei der Leitungen (156, 158) die dritte Leitung (160) um wenigstens 160° umgeben, daß drei weitere Leitungen vorgesehen sind, die sich gleich-

409824/034*

zeitig vereinigen, um eine weitere einzelne Leitung zu bilden, indem zwei dieser Leitungen eine dritte Leitung um wenigstens 160° umgeben und daß die einzelnen Leitungen mit den Einlassen des Turbinengehäuses verbunden sind.

16. Turbinengehäuse nach, einem der Ansprüche 1 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Auspuffsystem vereinigt ist, das drei Leitungen (132, 134, 136) enthält, die zur Bildung einer gemeinsamen Leitung (150) sich vereinigen, indem eine Leitung (136) sich erst mit einer zweiten Leitung (134) vereinigt und die so • gebildete Leitung sich danach, mit der dritten Leitung (132) vereinigt, daß drei weitere Leitungen (138, 140, 142) vorgesehen sind, die sich in der gleichen Weise zur Bildung einer gemeinsamen Leitung (152) vereinigen und daß die gemeinsamen Leitungen (150, 152) an die Einlasse des Turbinengehäuses angeschlossen sind.

17· Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der Kanäle (26, 28) einen weiteren Kanal (26) an dessen Ende uinwenigstens 270° umgeben.

18. Turbinengehäuse nach, einem der Ansprüche 1 bis 171 dadurch gekennzeichnet, daß es an eine Drehkolbenmaschine angeschlossen ist.

19. Turbinengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auspuffleitung (164) mit einem Einlaß (22) des Gehäuses (1O) über einen konischen Düsenabschnitt (168) der Auspuffleitung verbunden ist.

40982/. /0341

Leerseite