DE4215301A1 - Abgasturbolader mit einer Radialturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgasturbolader mit einer Radialturbine und einer Turbinenleiteinrich­ tung zur Aufladung von Brennkraftmaschinen, wobei zwischen Turbine und Abgasleitung eine einstellbare Abgaszuführung angeordnet ist und ein Gaseintritt sich in der Turbine als umfangsseitig verlaufender Ringkanal fortsetzt.

Aus der DE-PS 37 15 729 ist ein über einen Abgasturbo­ lader aufgeladener Verbrennungsmotor mit einer Axial­ turbine bekanntgeworden, die im Konverter einen Steuerschieber umfaßt, der die Abgaszuführung mengen­ mäßig einstellt.

Ferner ist eine gattungsgemäße Anordnung mit einer Radialturbine aus der DE-OS 39 35 822 bekannt. Hierbei ist vorgesehen, eine Zuführung über Absperrelemente stufenlos zu verändern, um durch Erhöhen der Turbinenenergie eine Luftversorgung des Verbren­ nungsmotors bei Teillast mit veränderter Drehzahl zu verbessern, so daß die Verbrennungsgüte und damit die optimalen thermodynamischen Verhältnisse im gesamten Lastbereich beibehalten werden.

Als weitere Lösung für derartige Anordnungen ist vorgeschlagen worden, durch Verdrehen der Leitschaufeln im Gasleitapparat eine vergleichbare Wirkung zu erzielen. Im allgemeinen sind Wirkungsgradverluste durch Spaltströme bei diesen Lösungen zu befürchten, auch ist der Verstellmechanismus ungleich aufwendiger und anfälliger. Derartige Lösungen sind für die Ver­ brennung von Rückstandskraftstoffen wenig geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Anordnung zu verbessern und dabei eine robuste und einfache Ausbildung zu schaffen, die einen geringen Bauaufwand ermöglicht und eine Einstellung eines wirksamen Turbinenquerschnitts entsprechend gewähr­ leistet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die Turbine eine Abgaszuführung über einen in Richtung der Turbinen-Rotorachse verstellbaren Steuerring mit wenigstens zwei Gaszuführungskanälen aufweist und der eine Gaszuführungskanal zur Abgas­ zuführung für Vollastbetrieb sowie der andere Gaszuführungskanal Abgaszuführung für hohen Ladedruck bei Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine bemessen ist.

Hierdurch ist es möglich, unterschiedliche Leitkanäle durch Verschiebung wahlweise zu aktivieren, um eine Beeinflussung des wirksamen Querschnitts für die Turbinenzuströmung vorzunehmen. Dieses führt zu einer Erhöhung der spezifischen Turbinenenergie in der Teillast und setzt sich auf der Verdichterseite in eine Ladedruckerhöhung um. Der höhere Ladedruck führt dabei zu einer besseren Verbrennungsgüte in der Brennkraft­ maschine.

Eine einfache Ausbildung besteht darin, daß der Steuer­ ring in dem Ringkanal als Ringzylinder kolbenartig verstellbar und über ein zugeführtes Steuermedium einstellbar ist.

Eine gute strömungsgünstige Ausbildung besteht darin, daß die Gaszuführungskanäle durch Leitschaufeln mit jeweils unterschiedlichem Leitquerschnitt gebildet sind.

Ferner wird vorgeschlagen, daß der Steuerring aus mehreren Teilringen zusammengesetzt ist.

Um eine Einstellung entsprechend den vorliegenden Verhältnissen vorzunehmen, ist vorgesehen, daß die Stellbewegung des Steuerringes über eine Steuereinheit, wie Rechner, Mikroprozessor, in Abhängigkeit motorabhängiger Größen erfolgt.

Eine einfache Lösung wird dadurch geschaffen, daß die Verstellung des Steuerringes pneumatisch erfolgt und der zugeordnete Ringzylinder durch Einleitung von Sperrluft abdichtbar ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Abgasturbolader,

Fig. 2 und 3 Seitenschnitte durch unterschiedliche Gaszu­ führkanäle des Steuerringes für Vollastbetrieb und Teillastbetrieb.

Die nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine ist mit einen Abgasturbolader 1 versehen und umfaßt ein Abgas­ rohrsystem als Abgaszuführung 7, die zur Radialturbine geführt ist. Diese treibt über eine Welle 18 einen Verdichter 3, welcher durch einen Filter 19 Luft ansaugt und über einen Lufteintrittskanal 13 sowie einer entsprechenden Verdichterspirale 14 der Brennkraftmaschine zu fördert.

Zwischen Turbine 2 und Abgaszuführung 7 ist ein Ring­ kanal 5 angeordnet, der einen in Richtung der Turbinen- Rotorachse verstellbaren Steuerring 4 aufnimmt. Hierbei dient der Ringkanal 5 als Ringzylinder, und der Steuerring 4 ist kolbenartig verstellbar. Der Steuer­ ring 4 besitzt in dieser Ausführung zwei getrennte Gaszuführkanäle 11 und 12, wobei jeweils ein Kanal eingeschaltet ist.

Der Gaszuführkanal 11 ist dabei für den Vollastbetrieb, während der Gaszuführungskanal 12 für den Teillast­ betrieb bemessen ist. Die Gaszuführungskanäle 11, 12 sind dabei durch Leitschaufeln 15, 16 gebildet, die jeweils einen entsprechend unterschiedlichen Leitquer­ schnitt a,b aufweisen. Bei einer Verstellung wird somit der wirksame Turbinenleitquerschnitt von der Summe der Querschnitte a zu der größeren Summe der Querschnitte b verändert. Durch den hierdurch erreichbaren Aufstau der von der Brennkraftmaschine kommenden Abgase wird das verfügbaren Enthalpiegefälle vergrößert, die Mehrenergie wird im Verdichter in einen höheren Ladedruck umge­ setzt.

In diesem Fall ist die Ansteuerung des Steuerringes 4 als Pneumatikausbildung ausgeführt. Dabei dient der Ringkanal 5 als Zylinder und der Steuerring 4 als Kolben, wobei an den Ringkanal beiderseits Pneumatik­ leitungen 6 angeschlossen sind. Die Anordnung wird über eine Steuereinheit 10 als Rechner in Abhängigkeit zugeführter motorabhängiger Größen 17 gesteuert. Hierbei werden die Pneumatikleitungen 6 über ein Mehrwegemagnetventil 9 angesteuert und mit einem Druckluftbehälter 8 verbunden.

Claims (6)

1. Abgasturbolader mit einer Radialturbine und einer Turbinenleiteinrichtung zur Aufladung von Brenn­ kraftmaschinen, wobei zwischen Turbine und Abgas­ leitung eine einstellbare Abgaszuführung angeordnet ist und ein Gaseintritt sich in der Turbine als umfangsseitig verlaufender Ringkanal fortsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (2) eine Abgaszuführung (7) über einen in Richtung der Turbinen-Rotorachse verstellbaren Steuerring (4) mit wenigstens zwei Gaszuführungskanälen (11, 12) aufweist und der eine Gaszuführungskanal (11) zur Abgaszuführung für Vollastbetrieb sowie der andere Gaszuführungskanal (12) Abgaszuführung für hohen Ladedruck bei Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine bemessen ist.

2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Steuerring in dem Ringkanal (5) als Ringzylinder kolbenartig verstellbar und über ein zugeführtes Steuermedium einstellbar ist.

3. Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführungskanäle (11, 12) durch Leitschaufeln (15, 16) mit jeweils unter­ schiedlichem Leitquerschnitt (a,b) gebildet sind.

4. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerring (4) aus mehreren Teilringen zusammengesetzt ist.

5. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellbewegung des Steuerringes (4) über eine Steuereinheit (10), wie Rechner, Mikroprozessor, in Abhängigkeit motorab­ hängiger Größen (17) erfolgt.

6. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Steuerringes (4) pneumatisch erfolgt und der zugeordnete Ringzylinder (5) durch Einleitung von Sperrluft abdichtbar ist.