Abgasturbine zum Antrieb eines Ladegebläses. Die Abgasturbinen für den direkten An trieb eines Ladegebläses, wie sie für die Auf- ladttng von Brennkraftmotoren verwendet werden, sind üblieherweise als Axialturbinen gebaut, doch ist auch schon die Verwendung von Radialturbinen vorgeschlagen worden, deren Räder von den Abgasen des Motors ent weder von aussen nach innen oder auch von innen nach aussen durchströmt werden kön nen.
Es ist ferner bekannt, bei Abgasturbinen einen unterteilten Düsenkranz vorzusehen und die einzelnen Düsengruppen mit verschiede nen Zylindergruppen des aufzuladenden Mo tors in Verbindung zu setzen. Diese Anord nung gestattet die Spülung eines Zylinders, währenddem ein anderer, auf eine andere Düsengruppe geschalteter Zylinder gerade auspufft.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Abgasturbine zum Antrieb eines Lade gebläses, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ihr Düsenkranz in mindestens zwei Düsen gruppen unterteilt ist, die zur Verbindung mit verschiedenen Zylindergruppen des auf zuladenden Motors bestimmt sind, und dass das Turbinenlaufrad radial von innen nach aussen durchströmt wird.
Die Kombination einer von innen nach aussen durchströmten Radialturbine und eines unterteilten Düsenkranzes ruft eine Wirkung- hervor, die den beiden Elementen allein fehlt. Diese Wirkung besteht darin, dass bei sinken der Abgasmenge der Druck, der sich am Lauf radeintritt der von innen nach aussen durch strömten Radialturbine einstellt, stärker sinkt als bei der üblicherweise verwendeten Axial turbine oder gar bei einer von aussen nach innen durchströmten Radialturbine. Mit dem Druck am Laufradeintritt verändert. sich auch der Druck vor den Düsen.
Der Lberdruek am Eintritt des Laufrades kann sieh bei abneh mender Abgasmenge sogar in einen L nter- druck verwandeln. Bei Verwendung eines unterteilten Düsenkranzes kann somit zeit weise der Druck vor einzelnen Düsengruppen stark gesenkt und sogar eine Saugwirkung er zeugt werden. Dadurch wird der aufgeladene Motor wirksamer gespült, als dies mit irgend welchen andern, bisher bekannten Mitteln möglich war.
Die bessere Spülung bringt mit sich eine grössere Reinheit des Ladegemisches in den Motorzylindern, eine bessere Kühlung der heissen Teile der Zvlinderbrennräume und tiefere Temperaturen vfür die Abgasturbine, welche Faktoren alle zu einer weiteren Stei gerung der Leistung des aufgeladenen Motors beitragen.
Es ist vorteilhaft, dem von innen nach aussen durchströmten Turbinenrad noch einen Diffusor nachzuschalten, weil ein solcher die Saugwirkung erhöht und somit vor dem Dü senkranz ein noch tieferer Druck erzielt wer den kann. Die Verwendung einer voll innen nach aussen durchströmten Radialturbine bie- ret den konstruktiven Vorteil, dass sich ein Diffusor am Sehaufelaustritt besonders leicht anordnen lässt. Bin solcher Diffusor kann ent weder beschaufelt oder unbeschaufelt sein.
An Hand der Zeichnungen sei die Wir kungsweise eines Ausführungsbeispiels einer Abgasturbine gemäss der Erfindung näher er läutert und der Aufbau eines Turboladers, bestehend aus einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Abgasturbine und einem direkt angetriebenen Ladegebläse, dar gestellt. Fig. 1 zeigt dabei vergleichsweise in Abhängigkeit von der durchströmenden Gas menge den Druekverlauf vor den Düsen einer Axialturbine bzw. einer von innen nach aussen durchströmten Radialturbine. Fig. 2 zeigt in ähnlicher Weise den Druckverlauf vor den Turbinendüsen in Abhängigkeit vom Kurbel winkel der Motorkurbelwelle.
Fig. 3 stellt einen Axialschnitt durch einen Turbolader mit erfindungsgemässer Turbine dar, und Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Turbine gemäss der Linie IV-IV der Fig. 3.
In Fig. 1 veranschaulicht die Kurve a den Druck p vor den Düsen einer Axialturbine bei sich ändernder Gasmenge G, während die Kurve b denselben Druckverlauf bei Verwen dung einer von innen nach aussen durehström- ten Radialturbine darstellt. Bei einer Axial turbine kann der Druck vor Düsen, wenn kein Gas durch die Turbine strömt, nur gerade auf Atmosphärendruek abnehmen, während sich vor den Düsen einer von innen nach aussen durchströmten Radialturbine ein Un terdruck einstellen kann, weil diese Turbine beim Durchfluss keiner und kleinster Gasmen gen als Verdichter wirkt.
Die Spülphase für den aufzuladenden Motorzylinder mag sich beispielsweise über das Gebiet c erstrecken.
Die Fig. 2 zeigt, in Kurve d wiederum für eine Axialturbine und in Kurve e für eine von innen nach aussen durchströmte Radial turbine, die Drücke, die sich vor den Düsen einer Düsengruppe einstellen können, welche abwechslungsweise mit Abgasen aus verschie denen Motorzylindern beaufschlagt wird. Im vorliegenden Beispiel ist angenommen, dass die betrachtete Düsengruppe im Verlauf zweier Umdrehungen der Kurbelwelle mit Ab gasen aus drei verschiedenen Zylindern beauf schlagt wird: Über den Abschnitt r erhält die Turbine Abgase aus dem ersten Zylinder, über den Abschnitt s aus dem zweiten und schliesslich über den Abschnitt t aus dem dritten. Die Spülphasen der verschiedenen Zylinder sind durch u, v und w angedeutet. Über einen weiten Bereich der Spülphasen stellt sich, wie Kurve c zeigt, vor den Tur binendüsen jeweilen ein Unterdruck ein.
Die dadurch erzielte Saugwirkung verbessert die Spülung der Motorzylinder in der oben dar gelegten Weise. Der Druck der vom Ladege bläse verdichteten Spül- und Ladeluft ist praktisch konstant, was durch die zur Ab szissenachse parallele Linie f dargestellt wird.
Ein Turbolader mit einer erfindungsge mässen Turbine kann beispielsweise nach den Fig. 3 und 4 so gebaut sein, dass eine ge meinsame Welle 1 sowohl das Turbinenrad 2 mit den Schaufeln 3 wie auch das Gebläserad 7 mit den Schaufeln 8 trägt. Der Düsenkranz 4 mit den Schaufeln ö ist im vorliegenden Beispiel, gleich wie der Einlassstutzen der Turbine, durch die Seheidewand 11 in zwei Hälften unterteilt, so dass die abweclhslungs- weise von versehiedenen Zvlindern Heranströ menden Abgase bei 14 in die eine und bei 17 in die andere Düsengruppe eintreten kön nen. Am Austritt des Turbinenrades ist hier als Beispiel ein seliaufelloser Turbinendiffu- sor 6 gezeigt.
Die Abgase verlassen das Tur binengehäuse 10 durch den Auslassstutzen bei 17. Die vom Gebläse angesaugte Ladeluft tritt bei 12 in dessen \augstutzen ein, durch strömt. nach Verlassen des Laufrades 7, 8 einen Diffusor finit Seliaufeln 9 und gelangt dann in die Druckspirale des Gebläsegehäuses 13, welche es durch einen Druckstutzen bei 16 verlässt.