[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgasturbolader mit einer Radialturbine und
einer Turbinenleiteinrichtung 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.
[0002] Aus der DE-PS 37 15 729 ist ein über einen Abgasturbolader aufgeladener Verbrennungsmotor
mit einer Axialturbine bekanntgeworden, die im Konverter einen Steuerschieber umfaßt,
der die Abgaszuführung mengenmäßig einstellt.
[0003] 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 Verbrennungsmotors
bei Teillast mit veränderter Drehzahl zu verbessern, so daß die Verbrennungsgüte und
damit die optimalen thermodynamischen Verhältnisse im gesamten Lastbereich beibehalten
werden.
[0004] 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 Verbrennung von Rückstandskraftstoffen wenig geeignet.
[0005] 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 gewährleistet.
[0006] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die Turbine eine Abgaszuführung
über einen in Richtung der Turbinen-Rotorachse verstellbaren Steuerring mit wenigstens
zwei Zuführstellungen aufweist und in einer Stellung die Abgaszuführung für Vollastbetrieb
freigibt und in der anderen Stellung einen Gaszuführkanal des Steuerringes einschaltet,
der für eine Abgaszuführung für hohen Ladedruck bei Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine
bemessen ist.
[0007] Weiterhin wird vorgeschlagen, daß der verstellbare Steuerring wenigstens zwei Gaszuführungskanäle
aufweist und der eine Gaszuführungskanal zur Abgaszuführung für Vollastbetrieb sowie
der Gaszuführungskanal Abgaszuführung für hohen Ladedruck bei Teillastbetrieb der
Brennkraftmaschine bemessen ist.
[0008] 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 Brennkraftmaschine.
[0009] Eine einfache Ausbildung besteht darin, daß der Steuerring in dem Ringkanal als Ringzylinder
kolbenartig verstellbar und über ein zugeführtes Steuermedium einstellbar ist.
[0010] Eine gute strömungsgünstige Ausbildung besteht darin, daß die Gaszuführungskanäle
durch Leitschaufeln mit jeweils unterschiedlichem Leitquerschnitt gebildet sind.
[0011] Ferner wird vorgeschlagen, daß der Steuerring aus mehreren Teilringen zusammengesetzt
ist.
[0012] 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.
[0013] Eine einfache Lösung wird dadurch geschaffen, daß die Verstellung des Steuerringes
pneumatisch erfolgt und der zugeordnete Ringzylinder durch Einleitung von Sperrluft
abdichtbar ist.
[0014] 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 Gaszuführkanäle des Steuerringes für Vollastbetrieb
und Teillastbetrieb.
[0015] Die nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine ist mit einen Abgasturbolader 1 versehen
und umfaßt ein Abgasrohrsystem 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 zufördert.
[0016] Zwischen Turbine 2 und Abgaszuführung 7 ist ein Ringkanal 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 Steuerring 4 besitzt in dieser Ausführung zwei getrennte Gaszuführkanäle 11 und
12, wobei jeweils ein Kanal eingeschaltet ist.
[0017] Der Gaszuführkanal 11 ist dabei für den Vollastbetrieb, während der Gaszuführungskanal
12 für den Teillastbetrieb bemessen ist. Die Gaszuführungskanäle 11,12 sind dabei
durch Leitschaufeln 15,16 gebildet, die jeweils einen entsprechend unterschiedlichen
Leitquerschnitt 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 verfügbare Enthalpiegefälle vergrößert, die Mehrenergie wird im Verdichter
in einen höheren Ladedruck umgesetzt.
[0018] 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 Pneumatikleitungen 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.
[0019] Selbstverständlich ist es auch möglich, daß der Steuerring 4 in einer Stellung die
Abgaszuführung 7 völlig freigibt und nur in einer Stellung mit seinem Gaszuführkanal
12 für Teillastbetrieb eingeschaltet ist.
1. Abgasturbolader mit einer Radialturbine und einer Turbinenleiteinrichtung 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (2) eine
Abgaszuführung (7) über einen in Richtung der Turbinen-Rotorachse verstellbaren Steuerring
(4) mit wenigstens zwei Zuführstellungen aufweist und in einer Stellung die Abgaszuführung
für Vollastbetrieb freigibt und in der anderen Stellung einen Gaszuführkanal (12)
des Steuerringes (4) einschaltet, der für eine Abgaszuführung für hohen Ladedruck
bei Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine bemessen ist.
2. Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Steuerring
(4) wenigstens zwei Gaszuführungskanäle (11,12) aufweist und der eine Gaszuführungskanal
(11) zur Abgaszuführung für Vollastbetrieb sowie der Gaszuführungskanal (12) Abgaszuführung
für hohen Ladedruck bei Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine bemessen ist.
3. Abgasturbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerring
in dem Ringkanal (5) als Ringzylinder kolbenartig verstellbar und über ein zugeführtes
Steuermedium einstellbar ist.
4. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gaszuführungskanäle (11,12) durch Leitschaufeln (15,16) mit jeweils unterschiedlichem
Leitquerschnitt (a,b) gebildet sind.
5. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Steuerring (4) aus mehreren Teilringen zusammengesetzt ist.
6. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Stellbewegung des Steuerringes (4) über eine Steuereinheit (10), wie Rechner, Mikroprozessor,
in Abhängigkeit motorabhängiger Größen (17) erfolgt.
7. Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verstellung des Steuerringes (4) pneumatisch erfolgt und der zugeordnete Ringzylinder
(5) durch Einleitung von Sperrluft abdichtbar ist.