EP1111196A2 - Verstellbarer Leitapparat für die Abgasturbine eines Turboladers - Google Patents

Verstellbarer Leitapparat für die Abgasturbine eines Turboladers Download PDF

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EP1111196A2
EP1111196A2 EP00106218A EP00106218A EP1111196A2 EP 1111196 A2 EP1111196 A2 EP 1111196A2 EP 00106218 A EP00106218 A EP 00106218A EP 00106218 A EP00106218 A EP 00106218A EP 1111196 A2 EP1111196 A2 EP 1111196A2
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EP
European Patent Office
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exhaust gas
gas turbine
guide vane
turbine according
guide
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EP00106218A
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English (en)
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EP1111196A3 (de
EP1111196B1 (de
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Helmut Daudel
Wolfgang Erdmann
Peter Fledersbacher
Carsten Funke
Paul Löffler
Siegfried Sumser
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Daimler AG
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DaimlerChrysler AG
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Publication of EP1111196A3 publication Critical patent/EP1111196A3/de
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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
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    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
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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
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    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/165—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas turbine of an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine according to the im The preamble of claim 1 defined in more detail.
  • a generic exhaust gas turbine is from DE 195 43 190 C2 known. Here are in an annular nozzle in which a variable guide grill is arranged, adjustable Locking body provided that operational safety the exhaust gas turbine when operating as an engine brake should increase.
  • JP 001 130002 AA is a guide vane adjustment device known, with a spacer exactly defined gap should be set.
  • the present invention is therefore based on the object based, an exhaust gas turbine of the type mentioned to create, the efficiency of the exhaust gas turbine or the exhaust gas turbocharger depending on the operating state the internal combustion engine always optimal is adjustable, in particular an improvement the acceleration behavior of the turbine during the Engine braking and drive mode of operation already at small engine speeds and a quick build up of the Boost pressure and thus a quick build up of a high Braking or driving torque is reached, and wherein at the same time an overload of the exhaust gas turbine or of the exhaust gas turbocharger avoided in extreme conditions becomes.
  • the Efficiency of the exhaust gas turbine and thus also the exhaust gas turbocharger always optimal to the respective operating status adapt the internal combustion engine or on it to adjust.
  • a corresponding Adjustment of the guide grid of the gap to zero be reduced, which is advantageously by a appropriate clamping takes place so that already at small engine speeds an improvement in acceleration behavior the exhaust gas turbine during the Engine brake operation occurs.
  • a particular advantage of the change according to the invention or setting the gap is that one move the exhaust gas turbine very close to its speed limit can or the exhaust gas turbine correspondingly high can interpret. Due to a defined deterioration in efficiency in the upper speed range of the engine, which is achieved by deliberately opening the gap can become a corresponding deterioration in efficiency reached so that damage to the exhaust gas turbine or the exhaust gas turbocharger can be prevented can.
  • An exhaust gas turbocharger has one arranged in the exhaust gas flow Exhaust gas turbine 1, which has a drive shaft 2 is connected to a compressor 3.
  • the compressor 3 is located in an internal combustion engine 4 leading intake pipe 5 and leads the internal combustion engine pre-compressed air in this way.
  • the Exhaust gas turbine 1 is located in an exhaust line 6.
  • the exhaust gas turbine 1 has a spiral on the inlet side Flow channel 7, from where the exhaust gas via an annular nozzle 8 to an impeller of a turbine 9 leads, which is arranged on the drive shaft 2.
  • the Flow channel 7, the ring nozzle 8 and the turbine 9 are in a common housing 10.
  • Die Ring nozzle 8 is limited by axial walls.
  • In the ring nozzle 8 is a guide screen 11 with a plurality of guide vanes 12.
  • the guide grill 11 or the guide vanes 12 are in a known manner by means of a guide vane adjustment device 13 adjustable that the effective flow cross section of the Ring nozzle 8 between a maximum open position and an almost closed position adjustable or is
  • the pressure for the adjustment of the annular piston 14 takes place via the pressure supply line 17 and the pressure accumulator 18 (or the compressed air system), with a pressure control or shut-off device 19 corresponding Pressure changes or pressure modulations carried out can be.
  • the pressure control device 19 is about a control line 20 from an engine control device 21 controlled.
  • the pressure can also be applied via a branch line 22 take place with the pressure connection 16 via a 3-way valve, not shown 31 is connectable in the pressure supply line 17 (shown in dashed lines in FIG. 2).
  • the pressure accumulator 18 is the exhaust gas pressure in the exhaust pipe 6 charged via a check valve 23.
  • the Actuation of the pressure accumulator or the pressure space 15 of the annular piston 14 can also be a motor compressor 24 take place.
  • the column setting is made in conjunction with the Control device 21 and the control line 20 via the Setting the control device 19. Intermediate sizes of the gap and also the level of the contact pressure of the Annular piston 14 to the guide vanes 12 is by a Pressure modulation realized via the control device 19. If necessary, the ring piston 14 can also be used a spring 25 as a spring device, preferably is arranged in the pressure chamber 15, the ensure a neutral position or an exit gap would.

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Abstract

Eine Abgasturbine eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine ist mit einem in einem Gehäuse angeordneten Laufrad und mindestens einem das Laufrad umgebenden Strömungskanal versehen. Dieser umfaßt eine an das Laufrad mündende Ringdüse, in der mindestens ein variables Leitgitter mit leitschaufeln angeordnet ist. Durch das Leitgitter ist über eine Leitungsverstelleinrichtung der wirksame Strömungsquerschnitt einstellbar. Die Breite des Spaltes zwischen dem Leitgitter und den das Leitgitter umgebenden Gehäusewandteilen ist durch eine Einstelleinrichtung zwischen einem Maximalwert und einem Nullwert vertellbar. <IMAGE>

Description

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

    • Claims (16)

    1. Abgasturbine eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine mit einem in einem Gehäuse angeordneten Laufrad und mindestens einen das Laufrad umgebenden Strömungskanal, der eine an das Laufrad mündende Ringdüse umfaßt, in der mindestens ein variables Leitgitter mit Leitschaufeln und Leitgitterkanälen angeordnet ist, wobei durch das Leitgitter über eine Leitgitterverstelleinrichtung der wirksame Strömungsquerschnitt der Ringdüse einstellbar ist,
      gekennzeichnet durch
      eine Einstelleinrichtung (14,15,16,17) durch die die Breite des Spaltes zwischen dem Leitgitter (11) und den das Leitgitter (11) umgebenden Gehäusewandteilen (10) zwischen einem Maximalspalt und einem Nullspalt verstellbar ist.
    2. Abgasturbine nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      wenigstens ein Teil der Gehäusewandteile, die sich im Bereich des Leitgitters (11) befinden, als Ringkolben (14) ausgebildet ist, der einen Druckraum (15) aufweist, durch dessen Druckbeaufschlagung der Ringkolben (14) an die Leitschaufeln (12) des Leitgitters (11) anpreßbar ist.
    3. Abgasturbine nach Anspruch 2,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      das gegenüber der Leitgitterverstelleinrichtung (13) liegende Gehäusewandteil als Ringkolben (14) ausgebildet ist.
    4. Abgasturbine nach Anspruch 2 oder 3,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      der Druckraum (13) des Ringkolbens (14) mit einer Druckregeleinrichtung (19) verbunden ist.
    5. Abgasturbine nach Anspruch 4,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die Druckregeleinrichtung (19) über eine Steuerleitung (20) mit einer Motorregelungseinrichtung (21) zur Erzeugung von Druckmodulationen verbunden ist.
    6. Abgasturbine nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      zur Druckregelung für den Druckraum (15) ein 3-Wegeventil mit einer Sperrstellung und zwei verschiedenen Druckansteuerungsleitungen (17,12) vorgesehen ist.
    7. Abgasturbine nach Anspruch 6,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      eine der beiden Druckansteuerleitungen mit einer Druckquelle (Speicher 18) verbunden ist, die einen höheren Druck erzeugt als der im Strömungskanal (7) herrschende Druck, während die zweite Druckansteuerungsleitung (Zweigleitung 22) mit dem Strömungskanal (7) verbunden ist.
    8. Abgasturbine nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      der Ringkolben (14) mit einer Federvorspanneinrichtung (Feder 25) versehen ist.
    9. Abgasturbine nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      zur Zentrierung des Ringkolbens (14) Stifte (26) vorgesehen sind, durch die der Ringkolben (14) geführt ist.
    10. Abgasturbine nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      der Ringkolben (14) wenigstens auf der den Leitschaufeln (12) zugewandten Seite elastisch ausgebildet ist oder mit einer elastischen Auflage (27) versehen ist.
    11. Abgasturbine nach Anspruch 10,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      der Ringkolben (14) wenigstens in seinem mittleren Bereich dünnwandig ausgebildet ist.
    12. Abgasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      innerhalb des Ringkolbens (14) ein abgedichteter Dämpfungsring (33) liegt, wobei Ringkolben (14) und Dämpfungsring (33) durch eine Federeinrichtung (34) auseinander gedrückt sind und wobei der Zwischenraum (35) zwischen dem Ringkolben (14) und Dämpfungsring (33) über ein oder mehrere Drosselbohrungen (36) mit dem Kolbenraum (15) verbunden ist.
    13. Abgasturbine nach einem der Ansprüche 2 bis 12,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die Leitschaufeln (12) auf der von der Leitgitterverstelleinrichtung (13) abgewandten Seite mit Stiftlager (29) versehen sind, die in Bohrungen (30) in dem Ringkolben (14) gelagert sind.
    14. Abgasturbine nach einem der Ansprüche 2 bis 12,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die Leitschaufeln (12) auf der von der Leitgitterverstelleinrichtung (13) abgewandten Seite mit Stiftlager (29) versehen sind, die durch Bohrungen (38) in einem Ansatzring (37) des Ringkolbens (14) durchgesteckt und in dem Gehäuse (10) in Lagerbohrungen (39) gelagert sind.
    15. Abgasturbine nach Anspruch 14,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      der Ansatzring (37) des Ringkolbens (14) eine geringere Wandstärke aufweist als der Ringkolben (14).
    16. Regelung für eine Abgasturbine eines Abgasturboladers für eine Brennkraftmaschine mit einem in einem Gehäuse angeordneten Laufrad und mindestens einen das Laufrad umgebenden Strömungskanal, der eine an das Laufrad mündende Ringdüse umfaßt, in der mindestens ein variables Leitgitter mit Leitschaufeln und Leitgitterkanälen angeordnet ist, wobei durch das Leitgitter über eine Leitgitterverstelleinrichtung der wirksame Strömungsquerschnitt der Ringdüse einstellbar ist,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      über eine Regeleinrichtung (14,19) eine Einstelleinrichtung (14,15,16,17) geregelt wird, durch die die Breite des Spaltes zwischen dem Leitgitter (11) und den das Leitgitter (11) umgebenden Gehäusewandteilen (10) zwischen einem Maximalspalt und einem Nullspalt verstellbar ist.
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