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Diese Erfindung betrifft einen Turbolader, und sie betrifft mehr im einzelnen einen
veränderlichen Turbolader.
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Verschiedene Arten von Turboladern sind bekannt, siehe z. B. DE-A 32 44 190, und
US-A-4 403 914. Eine bekannte Art eines Turboladers weist ein Gehäuse, einen
Verdichter, der drehbar in dem Gehäuse angebracht ist, eine Turbine, die drehbar in dem
Gehäuse angebracht ist, einen ersten Einlaß, um zu ermöglichen, daß Luft zu dem
Verdichter geführt wird, einen Auslaß für Luft von dem Verdichter, einen zweiten Einlaß,
um zu ermöglichen, daß Auspuffgase von einem Motor zu der Turbine geleitet werden,
und eine Kammer, die die Turbine umgibt und die die Auspuffgase aus dem zweiten
Einlaß erhält, bevor die Auspuffgase zu der Turbine geleitet werden, auf. Diese bekannte
Art eines Turboladers ist derart, daß es eine feste Öffnung gibt, durch die die
Auspuffgase in der Kammer zu der Turbine gelangen können. Die Größe dieser Öffnung
ist so gewählt, daß sie einen Kompromiß zwischen den mehreren verschiedenen Größen
der Öffnung, die idealerweise für verschiedene Motorbetriebszustände erforderlich sind,
darstellt. Dies bedeutet, daß, für die meisten Motorbetriebszustände, die Öffnung nicht
genau richtig ist, und der Turbolader daher bei weniger als bei seiner Bestleistung
arbeitet. Z. B., mit einer verhältnismäßig kleinen Öffnung, antwortet der Turbolader
schnell, aber ein übermäßiger Druck neigt dazu, sich in der Kammer aufzubauen. Mit
einer großen Öffnung wird der Aufbau eines übermäßigen Drucks in der Kammer
vermieden, aber dann ist die Antwortzeit der Turbinenvorrichtung langsam.
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Die GB-A-2218744 zeigt einen Turbolader, in dem die Leitschaufeln aus dem Gasfluß
entfernt sind. Dies vermindert den Wirkungsgrad des Turboladers. Ferner ist es in der
GB-A-2218744 heißen Gasen erlaubt, seitlich zur Niederdruckseite der
Turbinenvorrichtung vorbei zu gehen, wodurch verhindert wird, daß alle Gase auf der
Turbine Arbeit leisten. Auch geraten die Gase, die an die Niederdruckseite des
Turboladers verloren gehen, in Berührung mit der Lageranordnung und können dadurch,
schließlich ein Versagen der Lageranordnung verursachen.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, das oben erwähnten Problem zu beseitigen
oder zu verringern.
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Demgemäß schafft diese Erfindung einen veränderlichen Turbolader, der ein
Verdichtergehäuse, einen Verdichter, der drehbar in dem Verdichtergehäuse angebracht
ist, ein Turbinengehäuse, eine Turbine, die drehbar in dem Turbinengehäuse angebracht
ist, einen ersten Einlaß, um es zu ermöglichen, daß Luft zu dem Verdichter geführt wird,
einen Auslaß für Luft von dem Verdichter, einen zweiten Einlaß, um es Auspuffgasen
von einem Motor zu ermöglichen, zu der Turbine geleitet zu werden, eine Kammer, die
die Turbine umgibt und die die Auspuffgase von dem zweiten Einlaß erhält, bevor die
Auspuffgase zu der Turbine geleitet werden, einen Kolben, der zwischen der Turbine und
dem Turbinengehäuse angeordnet ist, und der vor- und rückwärts gleiten gelassen
werden kann, um eine bewegliche Wand, die die Turbine von der Kammer, die die
Turbine umgibt, trennt, zu bilden, eine Lageranordnung um die Drehung des Verdichters
und der Turbine zu erlauben, und einen Hitzeschild um die Lageranordnung von den
Auspuffgassen abzuschirmen, aufweist, wobei der Kolben eine Mehrzahl von
Leitschaufeln aufweist, wobei der Kolben derart ausgebildet ist, daß er in seiner
geschlossenen Stellung kurz vor einem angrenzenden Teil des Turbinengehäuses endet,
so daß immer eine Öffnung zwischen dem Ende des Kolbens und dem angrenzenden Teil
des Turbinengehäuses besteht, wodurch Auspuffgase aus der Kammer immer durch die
Öffnung hindurchgehen können, um auf die Turbine zu wirken, wobei der Kolben so
ausgebildet ist, daß in seiner offenen Stellung die Öffnung vergrößert wird, und wobei
der Kolben in seine geschlossene Stellung gegen Druck von den Auspuffgasen in der
Kammer während der Benutzung des veränderlichen Turboladers vorgespannt ist,
wodurch der Kolben vor- und rückwärts gleitet, um die Öffnung in Abhängigkeit von
Motorbetriebszuständen zu verändern,
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dadurch gekennzeichnet, daß der veränderliche Turbolader derart ausgebildet ist, daß die
Leitschaufeln auf dem Kolben in Schlitze in dem Hitzeschild eintreten und dadurch in
eine Kammer im zusammengesetzten Zustand des Turboladers ragen, die Kammer einen
Endbereich des Lagergehäuses umgibt, und die Leitschaufeln derart ausgebildet sind, daß
sie immer durch die Schlitze und in die Kammer hinein eingesetzt werden können für die
Einfachheit des Zusammenbaus des veränderlichen Turboladers.
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Der Hitzeschild ermöglicht es Teilen des Turboladers sich so zu drehen, daß ein Ölauslaß
des Turboladers immer senkrecht nach unten deutet. Dies ergibt eine gute
Schwerkraftzuführung von Öl zurück zum Motor.
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Bevorzugt bildet der Hitzeschild eine Kammer, in die die Leitschaufeln auf dem Kolben
hineinragen, wobei die Kammer abgedichtet ist, um das Lecken von Gas zu einer
Niederdruckseite der Turbine zu verhindern. Die Kammer macht den Hitzeschild sehr
wirksam beim Zurückhalten von Hitze, die zur Niederdruckseite der Turbinenvorrichtung
hindurchgeht.
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Der veränderliche Turbolader ist in der Lage, so ausgebildet zu sein, daß die
Leitschaufeln immer im Gasfluß sind, um die Gase unter einem geeigneten Winkel auf die
Turbine zu leiten.
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Der veränderliche Turbolader kann Gabeleinrichtungen aufweisen, die in eine Nut im
Kolben eingreifen. Die Gabeleinrichtungen ermöglichen es, daß der Kolben vor- und
rückwärts in axialer Richtung bewegt werden kann, ohne den Kolben nach einer Seite zu
drängen und ihn so zu veranlassen, in dem veränderlichen Turbolader zu klemmen.
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Bevorzugt weist der Kolben einen zylindrischen Körperabschnitt auf, wobei die Nut an
jenem Ende des Körperabschnitts vorgesehen ist, das von der Öffnung entfernt ist.
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Der Kolben ist gewöhnlich so angeordnet, daß er in einem zylindrischen Teil des
Turbinengehäuses gleitet.
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Bevorzugt ist die Gabeleinrichtung auf einer Welle angeordnet, die im Gehäuse
angebracht ist. Die Welle kann mit einem Betätigungsventil verbunden sein, das es
ermöglicht, daß eine Bewegung auf die Gabeleinrichtung übertragen wird.
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Die Gabeleinrichtung ist bevorzugt eine zweizinkige Gabel, aber andere Arten von
Gabeleinrichtungen können verwendet werden.
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Der veränderliche Turbolader kann einen Abströmdurchgang/Luftablaßkanal aufweisen,
der von dem Ausgang für Luft von dem Verdichter zu dem Betätigungsventil führt,
wobei der Abströmdurchgang es ermöglicht, daß Luft gegen eine Membran in dem
Betätigungsventil gerichtet wird, um eine Bewegung des Betätigungsventils zu
verursachen, wodurch Bewegung des Betätigungsventils auf die Gabeleinrichtung und
den Kolben in Abhängigkeit vom Abströmdruck übertragen werden kann. Der
Abströmdruck wird normalerweise von der Drehgeschwindigkeit des Verdichters
abhängen.
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Als eine Alternative zur Benutzung von Luft, die aus dem Kompressor entnommen wird,
kann eine getrennte Luftversorgung benutzt werden. Somit kann, z. B., die getrennte
Luftversorgung durch einen kleinen gesonderten elektronischen Verdichter bereitgestellt
werden. Auch Mikroprozessoren können benutzt werden, um einen oder mehrere
ausgewählte Parameter zu überwachen und die Stellung des Kolbens zu berechnen, um
die erforderliche Kolbenstellung zu geben.
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Der veränderliche Turbolader kann ein solcher sein, in dem der Kolben mit einem Ansatz
versehen ist, der an einem Stift eingreift, um eine Drehung des Kolbens zu verhindern.
Üblicherweise wird der Kolben in seine geschlossene Stellung federvorgespannt sein.
Bevorzugt ist der Kolben in seine geschlossene Stellung durch eine einzelne
Schraubenfeder vorgespannt. Vorteilhafterweise ist die einzelne Schraubenfeder axial
innerhalb des Betätigungsventils angeordnet. In alternativen Ausführungsformen des
veränderlichen Turboladers kann mehr als eine Feder verwendet werden. Wenn
gewünscht, können auch andere Vorspannungseinrichtungen als Federn verwendet
werden.
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Der veränderliche Turbolader kann Dichteinrichtungen aufweisen, um eine gleitende
Dichtung zwischen dem Kolben und dem Gehäuse zu bilden. Die Dichteinrichtungen
können mindesten einen Kolbendichtring aufweisen.
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Bevorzugt wird nur ein Kolbendichtring verwendet, aber mehr als ein Kolbendichtring
kann verwendet werden, falls gewünscht. Der oder jeder Kolbendichtring kann in einem
zylindrischen Teil des Kolbenkörpers angeordnet sein. Alternativ können der oder die
Kolbendichtringe in dem Turbinengehäuse angebracht sein.
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Das der Öffnung benachbarte Ende des Kolbens kann angefast sein. Dieses angefaste
Ende des Kolbens kann dazu beitragen, bei manchen Arten von Maschinen, z. B. Zwei-
und Viertakt-benzingetriebenen Motoren, die Ansammlung von Verbrennungsprodukten
zu verhindern.
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Wenn gewünscht, kann der veränderliche Turbolader mindestens ein Lager aufweisen,
gegen das die Dichteinrichtung vor- und rückwärts gleitet. Wenn ein Lager verwendet
wird, ist es bevorzugt, daß das Lager in dem Gehäuse benachbart dem zylindrischen Teil
des Kolbens angeordnet ist.
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Vorteilhafterweise sind das Verdichtergehäuse und das Turbinengehäuse als getrennte
Teile ausgebildet. Dies kann den Zusammenbau des veränderlichen Turboladers ·
erleichtern und es kann auch die Befestigung des veränderlichen Turboladers in
verschiedenen Motorräumen von verschiedenen Fahrzeugen erleichtern.
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Der veränderliche Turbolader kann vorteilhafterweise eine Kammer aufweisen, in der die
Gabeleinrichtung Platz findet, wobei der Kolben so ausgebildet und eingerichtet ist, daß
er die Kammer abdeckt, um einen Hitzestau auf der Gabeleinrichtung zu verhindern und
einen turbulenten Gasfluß an einem Ausgangsteil der Turbine zu verhindern.
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Der veränderliche Turbolader kann ein solcher sein, bei dem der Kolben ein Ende hat, in
dem ein konischer Ausströmraum angebracht ist, wobei der konische Ausströmraum
dazu vorgesehen ist, den Gasabzug aus der Turbine zu erleichtern.
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Der veränderliche Turbolader kann vorteilhaft ein solcher sein, bei dem der Kolben
mindestens einen festen Kolbenring aufweist.
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Der veränderliche Turbolader kann ein solcher sein, bei dem der Hitzeschild durch
Klammern zwischen das Turbinengehäuse und das Lagergehäuse geklammert ist, und in
dem der Hitzeschild 360º Grad drehbar ist auf ein Lösen der Klammern hin, um dadurch
zu ermöglichen, daß der Turbolader an verschiedene Motoren unter verschiedenen
Winkeln angeschraubt werden kann.
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Der veränderliche Turbolader kann ein solcher sein, bei dem der Kolben innerhalb des
Turbinengehäuses angebracht ist, derart, daß der Kolben direkt über der Turbine gleitet,
um einen großen Gasausflußbereich zu erlauben. Dies bedeutet letztendlich, daß die
Turbine so gebaut ist, daß sie keinen Trimmteil hat.
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Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf einen Motor, wenn er mit dem
veränderlichen Turbolader ausgerüstet ist. Der Motor kann irgendeine allgemeine Art von
Motor sein, einschließlich durch Diesel oder Benzin angetriebener Motoren.
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Ausführungsformen der Erfindung werden jetzt ausschließlich als Beispiele, und unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, beschrieben, worin:
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Fig. 1 ein Querschnitt durch einen ersten veränderlichen Turbolader, der jedoch einen
Hitzeschild, der nicht in Übereinstimmung mit der Erfindung ist, aufweist, ist;
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Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Kolbens ist;
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Fig. 3 eine Endansicht des in Fig. 2 gezeigten Kolbens ist;
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Fig. 4 eine Endansicht eines Teils des ersten veränderlichen Turboladers ist;
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Fig. 5 eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Hitzeschildes ist, und eine Luftöffnung
über einem Lagergehäuse erläutert;
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Fig. 6 ein Querschnitt durch ein Luftbetätigungsventil ist;
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Fig. 7 ein Querschnitt durch einen zweiten veränderlichen Turbolader ist;
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Fig. 8 ein Querschnitt durch einen dritten veränderlichen Turbolader ist;
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Fig. 9 ein Querschnitt durch einen vierten veränderlichen Turbolader ist;
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Fig. 10 eine Endansicht des zweiten, dritten und vierten veränderlichen Turboladers, die
in Fig. 7 bzw. 8 bzw. 9 gezeigt sind, ist;
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Fig. 11 eine Endansicht eines Hitzeschildes, der mit Leitschaufeln versehen ist, ist,
wobei der Hitzeschild von der Art ist, die durch die vorliegende Erfindung nicht
erfordert wird;
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Fig. 12 eine Seitenansicht des in Fig. 11 gezeigten Hitzeschildes ist;
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Fig. 13 erläutert, wie die Leitschaufeln in Schlitze eintreten;
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Fig. 14 eine Seitenansicht, die eine Leitschaufelanordnung in einer offenen Stellung
zeigt, ist;
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Fig. 15 eine Seitenansicht, die die Leitschaufelanordnung der Fig. 14 in einer
geschlossenen Stellung zeigt, ist;
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Fig. 16 eine Querschnittsansicht, die einen Hitzeschild der durch die vorliegende
Erfindung erforderten Art, und eine Leitschaufelanordnung in einer offenen
Stellung zeigt, ist;
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Fig. 17 eine Querschnittsansicht, gleich der in Fig. 16 gezeigten, aber mit der
Leitschaufelanordung in einer geschlossenen Stellung, ist;
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Fig. 18 eine Endansicht der in Fig. 16 und 17 gezeigten Leitschaufelanordnung ist;
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Fig. 19 eine Seitenansicht, der Leitschaufelanordnung der Fig. 16-18 und in einer
offenen Stellung ist; und
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Fig. 20 eine Seitenansicht, der Leitschaufelanordnung der Fig. 16-18 und in einer
geschlossenen Stellung, ist.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 6 ist ein erster veränderlicher Turbolader 2 gezeigt. Der
veränderliche Turbolader 2 weist ein Verdichtergehäuse 64 und einen Verdichter 6 auf.
Der Verdichter 6 hat Schaufeln 8. Der Verdichter 6 ist dadurch drehbar in dem
Gehäuse 64 angebracht, daß er auf einer Mittenwelle 10 angebracht ist. Eine Turbine 12
ist in einem Turbinengehäuse 4 dadurch drehbar angebracht, daß sie auf der Welle 10
angebracht ist. Die Turbine 12 hat Schaufeln 14.
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Das Gehäuse 64 hat einen ersten Einlaß 16, um zu ermöglichen, daß Luft zu dem
Verdichter 6 geleitet wird. Das Gehäuse 64 hat auch einen Auslaß 18 für Luft aus dem
Verdichter. Der Auslaß 18 ermöglicht es, daß Luft aus dem Verdichter 6 zu einem Motor
(nicht gezeigt) geleitet wird.
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Das Gehäuse 4 hat einen zweiten Einlaß 20, um zu ermöglichen, daß Auspuffgase vom
Motor zu der Turbine 12 geleitet werden. Eine Kammer 22 umgibt die Turbine 12, und
diese Kammer 22 empfängt die Auspuffgase von dem zweiten Einlaß 20, bevor die
Auspuffgase zu der Turbine 12 geleitet werden. Die Kammer 22 kann als eine
schneckenförmige Toroidalkammer betrachtet werden.
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Ein Kolben 24 ist zwischen der Turbine 12 und dem Gehäuse 4 angeordnet. Der
Kolben 24 kann vor- und rückwärts gleiten, um eine bewegliche Wand zu bilden, die die
Turbine 12 von der Kammer 22, die die Turbine 12 umgibt, trennt.
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Der Kolben 24 ist so angeordnet und aufgebaut, daß er in seiner geschlossenen Stellung
kurz vor einem angrenzenden Teil 26 des Gehäuses 4 endet, so daß immer eine
Öffnung/Spalt 28 zwischen dem Ende 30 des Kolbens 24 und dem angrenzenden Teil 26
des Gehäuses 4 besteht. Das bedeutet, daß Auspuffgase aus der Kammer 22 immer
durch die Öffnung 28 hindurchgehen können, um auf die Schaufeln 14 der Turbine 12 zu
wirken. Der Kolben 24 ist so angeordnet und ausgebildet, daß in seiner offenen Stellung
die Öffnung 28 vergrößert wird.
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Der Kolben 24 ist in seine geschlossene Stellung gegen Druck von Auspuffgasen in der
Kammer 22 während der Benutzung des veränderlichen Turboladers 2 vorgespannt, so
daß der Kolben 24 vor- und rückwärts gleitet, um die Öffnung 28 in Abhängigkeit von
Motorbetriebszuständen zu verändern. Der Kolben 24 wird mittels eines
Betätigungsventils 7 vorgespannt.
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Wie aus Fig. 1 und 2 ersehen werden kann, weist der Kolben 24 einen
Zylinderkörperabschnitt 34 mit einer Nut 36 an dem Ende des Körperabschnitts 34 auf, das von der
Öffnung 28 entfernt ist.
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Wie am besten aus Fig. 1 und 4 ersehen werden kann, sind Gabeleinrichtungen in der
Form einer zweizinkigen Gabel 21 in der Nut 36 angeordnet. Die Gabel 21 ist auch auf
einer Welle 54 angebracht, die sich in einem Lagergehäuse 68 drehen kann. Auf dem
Ende der Welle 54 ist eine Metallstange 91, die mit dem Betätigungsventil 7 verbunden
ist. Das Betätigungsventil 7 dient dermaßen als Steuerungseinrichtung.
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Wenn der Druck anfängt, eine gewisse, durch die Stärke einer Feder 95 (siehe Fig. 6)
gewählte, Stufe zu überschreiten, drückt der Luftdruck innerhalb eines Gehäuses 9 des
Betätigungsventiles 7 eine biegsame Membran 98 und verschiebt dadurch den Kolben 24
in eine offenere Stellung. Der Kolben 24 wirkt als ein Bereichssteuerelementkolben 24.
Die Verschiebung des Kolbens 24 in eine offenere Stellung erhöht ihrerseits den
Fließbereich 28 und vermindert die Geschwindigkeit der Gase, die in die Turbine 12
eintreten.
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Wie in Fig. 1 bis 6 gezeigt, weist der erste veränderliche Turbolader 2 Dichteinrichtungen
in der Form eines dichtenden Kolbenringes 52 auf. Der Kolbendichtring 52 dient zum
Bilden einer gleitenden Dichtung zwischen dem Kolben 24 und dem Gehäuse 4. Der
Kolbendichtring 52 ist in dem Turbinengehäuse 66 angeordnet. Der Kolbendichtring 52
kann alternativ im Kolben 24 angeordnet sein, wie durch gepunktete Linien 58 in Fig. 2
gezeigt.
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Das Ende 30 des Kolbens 24 ist angefast wie gezeigt, so daß irgendwelche
Verbrennungsprodukte aus den Auspuffgasen in der Kammer 22, die dazu neigen können, sich
auf dem Teil des Kolbens 24, der die bewegliche Wand bildet, abzusetzen, dazu neigen
können, wegzubrechen, und somit die Gleitbewegung des Kolbens 24 nicht zu
behindern.
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Der veränderliche Turbolader 2 weist einen Hitzeschild 17 auf. Der Hitzeschild 17 hat
einen Flansch 19. Der Hitzeschild 17 ist mit Schrauben 420 über dem Lagergehäuse 68
angebracht. Fig. 5 zeigt eine Luftöffnung zwischen dem Lagergehäuse 68 und dem
Hitzeschild 17. Bei einem alternativen Aufbau kann ein Dichtring im Hitzeschild 17
angeordnet sein, wie in Fig. 5 durch gepunktete Linien 5 gezeigt. In einem weiteren
alternativen Aufbau kann der Dichtring innerhalb der Bohrung des Kolbens 24 angeordnet
sein, wie in Fig. 1 durch gepunktete Linien 75 gezeigt, um auf die Außenseite des
Hitzeschildes zu wirken.
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Ein vorteilhaftes Merkmal des ersten veränderlichen Turboladers, gezeigt in Fig. 1 bis 6,
ist, daß das Gehäuse 4 in zwei Endteile 64, 66 und einen Mittelteil 68 teilbar ist. Dies
kann die Anordnung des veränderlichen Turboladers 2 in verschiedenen erforderlichen
Stellungen in verschiedenen Motorräumen in Fahrzeugen oder anderen Geräten
erleichtern. Das Endteil 64 ist an das Mittelteil 68 mittels eines Sicherungsringes 70 befestigt.
Das Endteil 66 ist an das Mittelteil 68 durch Sicherheitsscheiben 72, die durch
Schrauben 74 in ihrer Stellung gehalten werden, befestigt. Das Endteil 64 bildet ein
Verdichtergehäuse, das Endteil 66 bildet ein Turbinengehäuse und das Mittelteil 68 bildet ein
Lagergehäuse.
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Der veränderliche Turbolader 2 ist auch mit einer Ölzufuhrleitung 76 versehen, um Öl für
Lager (nicht gezeigt) auf der Welle 10 zu liefern. Die Welle 10 ist mit einem reibbolzen
geschweißten Kopf 78 an einem Ende ausgebildet. Das andere Ende der Welle 10 ist mit
einem Schraubgewinde versehen, wie gezeigt, um eine Mutter 80 aufzunehmen, die
wirksam ist, um den Verdichter 6 in seiner Stellung zu halten. Eine Ötrückführleitung 82
ist auch vorgesehen, um es dem Öl, das für die Lager über die Ölzufuhrleitung 76
geliefert wird, zu ermöglichen, abzulaufen.
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Der zweite Einlaß 20 ist mit einem Flansch 86 versehen. Der Flansch 86 hat
Schraublöcher 88, so daß der Flansch 86 an einen Auspuffausgang (nicht gezeigt) des Motors
angeschraubt werden kann.
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Der Verdichter 6 ist von einer Kammer 90 umgeben, die der Kammer 22 etwas ähnlich
ist. Um den Verlust von Luft aus der Kammer 90 zu verhindern, während die Luft zum
Ausgang 18 hindurchgeht, ist eine Dichtung in Form einer O-Ring-Dichtung 92 wie
gezeigt vorgesehen.
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Indem man in der Lage ist, die Größe der Öffnung 28 zu verändern, können die
Auspuffgase aus dem Motor die Turbine 12 mit praktisch immer dem erforderlichen Maß
antreiben, um den Verdichter 6 in den Stand zu setzen, die vom Motor geforderte
Luftmenge aus dem veränderlichen Turbolader 2 über den Auslaß 18 zu liefern.
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Das Abströmen von Luft längs dem Abströmdurchgang 60 wirkt dahin, daß es auf das
Betätigungsventil 7 wirkt, um den Kolben 24 zu veranlassen, in seine offene Stellung zu
gleiten, in der die Größe der Öffnung 28 erhöht ist. Nachdem die Auspuffgase die
Turbine 12 angetrieben haben, werden sie über einen Auspuffauslaß 94, der in dem
Gehäuse 4 gebildet ist, ausgelassen.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Kolben 24 mit einer Ringnut versehen, gezeigt durch die
gepunkteten Linien 58, um den Kolbendichtring 52 aufzunehmen. Alternativ kann der
Kolbendichtring 52 in dem Gehäuse 4, wie in Fig. 1 gezeigt, angeordnet sein. Ebenfalls
in Fig. 2 gezeigt ist die Nut 36 zur Aufnahme der Gabel 21.
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Fig. 2, 3 und 4 zeigen, daß auf dem Kolben 24 sich ein Ansatz 146 befindet, der einen
Schlitz 144 wie gezeigt haben kann, oder ein Loch (nicht gezeigt), zur Aufnahme auf
einem Stift 142. Der Stift 142 kann in dem Lagergehäuse 68 angebracht sein, wie
gezeigt, oder alternativ in dem Turbinengehäuse 66. Der Stift 142 und der Ansatz 146
sind vorgesehen, um eine Drehung des Kolbens 24 zu verhindern.
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Wie in Fig. 3 gezeigt, ist der Kolben 24 derart angeordnet und ausgebildet, daß die
Fläche 100 des Endes 30 mit Leitschaufeln 102 versehen ist. Die Leitschaufeln 102 sind
so ausgerichtet, daß sie den eintretenden Gasstrom in einer tangentialen Richtung
lenken, um den angemessenen Gasstrom zu liefern. Die Leitschaufeln 102 sind
eingeschnitten oder auf andere Weise in dem Ende 30 des Kolbens 24 vorgesehen.
Leitschaufeln 104 sind auch in dem Turbinengehäuse 66 vorgesehen, wobei die
Leit
schaufeln 104 in der Form eines Einsatzes 31, wie in Fig. 1 gezeigt, vorgesehen sind.
Alternativ können die Leitschaufeln 104 in das Turbinengehäuse 66 eingegossen sein.
Die Winkelstellungen der Leitschaufeln 102, 104 in dem Turbinengehäuse 66 und dem
Kolben 24 sind derart, daß die Leitschaufeln 102 auf dem Kolben 24 zu den
Leitschaufeln 104 in dem Turbinengehäuse 66 versetzt sind. Eine relative Verschiebung
des Kolbens 24 verändert das Ausmaß der Überlappung der Leitschaufeln 102, 104.
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Bezug nehmend auf Fig. 7 ist dort ein zweiter veränderlicher Turbolader gezeigt, bei dem
ähnlichen Teilen wie in Fig. 1 die gleichen Bezugszeichen gegeben worden sind und sie
werden nicht wieder beschrieben. In Fig. 7 wurde die relative Stellung der Gabel 21 und
des Kolbens 24 geändert, so daß der Kolben 24 in der Gegenrichtung zu der in Fig. 1
gezeigten arbeitet.
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Fig. 7 zeigt auch, wie der Hitzeschild 17 als ein Einsatz, um die Leitschaufeln 104 zu
halten, benutzt wird. Der Einsatz ist auch in Fig. 1 l und 12 gezeigt. Fig. 1 l bzw. Fig. 12
zeigen eine Endansicht bzw. eine Seitenansicht des Hitzeschildes 17, mit den
Leitschaufeln 104 versehen.
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Bezug nehmend auf Fig. 8 ist dort ein dritter veränderlicher Turbolader gezeigt, bei dem
ähnlichen Teilen wie in Fig. 7 das gleiche Bezugszeichen gegeben worden ist, und sie
werden nicht wieder beschrieben. In Fig. 8, wurde eine Trimmung 136, wie sie in Fig. 7
auf der Turbine 12 gezeigt ist, entfernt. Dies, um einen größeren Ausgangsbereich aus
der Turbine 12 zu ermöglichen. Der Kolben 24 ist leicht unterschiedlich darin, daß der
Kolben 24 in einem konischen Ausströmraum/Diffusor 132 endet.
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Fig. 9 zeigt einen vierten veränderlichen Turbolader 2, der dem veränderlichen Turbolader
2, der in Fig. 8 gezeigt ist, ähnlich ist, aber der einen längeren Kolben 24 verwendet, um
zu verhindern, daß sich Gase in einem Bereich 134 stauen. Auch wird der turbulente
Gasfluß im Bereich 134 und der turbulente Gasfluß, der zum Auslaß des veränderlichen
Turboladers 2 führt, vermieden oder vermindert. Der längere Kolben 24 der Fig. 9 hat
auch den konischen Diffusor 132.
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Bezug nehmend jetzt auf Fig. 10, ist dort eine Endansicht des Turboladers 2, der der
veränderliche Turbolader 2 aus irgendeiner der Fig. 7, 8 oder 9 sein kann, gezeigt.
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Wiederum wurden ähnlichen Teilen wie in den vorherigen Figuren die gleichen
Bezugszeichen gegeben und ihr genauer Aufbau und Wirkungsweise wird nicht wieder
dargelegt. In Fig. 10 ist ein Steuerarm 91 gezeigt, der in einem Verbindungsglied 140 zur
Verbindung an das Betätigungsventil 7 endet. Wie oben ausgeführt, nimmt das
Betätigungsventil 7 Druck von der Verdichterseite der Turbine 12 ab. Alternativ kann der
Druck von einem Motorsteuersystem (nicht gezeigt) abgenommen werden. Fig. 10 zeigt
auch einen Stift 142, der in einer Öffnung 144 in einem Ansatz 146, der auf dem Kolben
24 gebildet ist, sitzt. Der Stift 142 wirkt, um eine Drehung des Kolbens 24 während der
Vor- und Rückwärtsgleitbewegung des Kolbens anzuhalten. Der Kolben 24, der Stift
142, die Öffnung 144 und der Ansatz 146 sind näher im einzelnen in Fig. 2 und 3
gezeigt.
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Fig. 10 zeigt weiter, wie die Gabel 21 zwei Arme 148, 150 aufweist. Der Arm 148 hat
einen Stift 152, und der Arm 150 hat einen Stift 154. Die Stifte 152, 154 sitzen in der
Nut 36 und ermöglichen es derart, daß der Kolben 24 vor- und rückwärts bewegt wird,
ohne einen unzuträglichen seitlichen Druck auf den Kolben 24 auszuüben, der ihn aus
seiner axialen Gleitausrichtung bewegen könnte und somit den Kolben 24 veranlassen
könnte, zu klemmen. Die Gabel 21 ist an einer Stange 54 befestigt, die in dem
Turbinengehäuse 66 angebracht ist. Die Stange 54 ist mit dem Steuerarm 91, wie
gezeigt, verbunden.
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In den oben beschriebenen Fig. 1, 7, 8 und 9 sind zusammenwirkende
Leitschaufeln 102, 104 gezeigt. In Fig. 13, 14 und 15 ist eine Leitschaufelanordnung
gezeigt, in der der Kolben derart abgewandelt ist, daß Schlitze 10 zwischen den
Leitschaufeln 102 auf dem Kolben 24 vorgesehen sind. Diese Schlitze 10 haben den
Vorteil, daß sie es ermöglichen, daß die Öffnung 24 zwischen dem Kolben 24 und dem
Gehäuse 4 mehr als 50% geschlossen wird, während die Leitschaufeln 102 auf dem
Kolben 24 und dem Gehäuse 4 in überlappender Weise in der offenen Stellung des
Kolbens 24 gehalten werden. Wenn der Kolben 24 sich in einer offenen Stellung befindet
und die Leitschaufeln 102, 104 sich nicht in einer überlappenden Weise befinden, dann
können die Leitschaufeln 102, 104 nicht alle die verfügbaren Gase unter dem richtigen
Winkel auf die Turbine 12 lenken, und ein turbulenter Gasstrom kann daraus folgen.
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Durch Benutzung der Schlitze 10, die in Fig. 13, 14 und 15 gezeigt sind, kann diese
Turbulenz verhindert werden und somit eine Wirkungsverminderung aufgrund des
turbulenten Gasstromes vermieden werden.
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In Fig. 13, 14 und 15 sind die Schlitze 10 im Kolben 24 geschaffen. Die Schlitze 10
nehmen die Leitschaufeln 104 auf und die Leitschaufeln 104 können sich von einem
Einsatz aus erstrecken. Die umgekehrte Anordnung kann verwendet werden, bei der die
Schütze im Einsatz sind, und bei der die Leitschaufeln 104 für die Schlitze dann vom
Kolben 24 abragen. Die Schlitze können in dem Turboladergehäuse gegossen sein.
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Bei weiteren Abwandlungen des veränderlichen Turboladers 2 können die Schütze 10
fortgelassen sein. Die Schlitze, die fortgelassen werden können, können so im Kolben 24
oder im Einsatz 31 sein.
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Der oben beschriebene veränderliche Turbolader verwendet Dichteinrichtungen in der
Form eines dichtenden Kolbenringes 52. Die Dichteinrichtungen können ein Dichtring
sein, der kein geschlitzter Kolbenring ist. Wo ein geschlitzter Kolbenring verwendet wird,
kann dieser nach innen spannen, um gegen die äußere Oberfläche des Kolbens 24
anzuliegen, um die erforderliche Dichtung gegen Gase zu bewirken. Solch ein geschlitzter
Kolbenring 52 wird auf der Oberfläche des Kolbens 24 reiben und somit wird etwas
Reibung erzeugt. Während dies unter vielen Umständen zufriedenstellend ist, kann, wenn
es gewünscht ist, diese Reibung zu vermindern oder zu beseitigen, dann ein fester
Kolbenring verwendet werden. Da dieser feste Kolbenring keinen Spalt hat, spannt er
nicht nach innen und somit wird die Reibung vermindert.
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Zusätzlich werden Auspuffgase mit dem Kolbenring in Berührung geraten, während der
veränderliche Turbolader arbeitet. Bei einem geschlitzten Kolbenring können diese
Auspuffgase den geschlitzten Kolbenring veranlassen, mit einem hämmernden Effekt auf der
Oberfläche des Kolbens 24 zu arbeiten und dies kann nachteilig sein und unerwünschte
Abnutzungen auf der Oberfläche des Kolbens hervorrufen. Die Verwendung des festen
Kolbenringes kann helfen, um diesen hämmernden Effekt zu vermeiden und kann somit
wiederum unerwünschte Abnutzungen auf der Oberfläche des Kolbens 24 vermindern.
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Unabhängig davon, ob ein geschlitzter Kolbenring oder ein fester Kolbenring verwendet
wird, kann es vorteilhaft sein, den Kolbenring aus einem Material herzustellen, das im
wesentlichen denselben Ausdehnungsgrad wie das Material hat, aus dem der Kolben 24
hergestellt wird. Somit, wenn der Kolben 24 und der Kolbenring während der Arbeit des
veränderlichen Turboladers heiß werden, können der Kolben 24 und der Kolbenring sich
in praktisch dem gleichen Maße ausdehnen, um zu vermeiden, daß unnötige Reibung
erzeugt wird, was der Fall sein könnte, wenn der Kolben 24 sich mehr ausdehnte als der
Kolbenring. Der Kolben 24 und der Kolbenring können aus den gleichen oder
unterschiedlichen Materialien gemacht sein.
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In Fig. 16 und 17 ist eine zweite Leitschaufelanordnung gezeigt, in der der
Hitzeschild 17 durch einen Hitzeschild 201 ersetzt ist. Der Hitzeschild 201 hat eine
Kammer 203 im Rücken des Hitzeschildes 201. Auf einer Fläche 312 sind Schlitze 260
im Hitzeschild 201 vorgesehen, um zu erlauben, daß die Leitschaufeln 102 auf dem
Kolben 24 in die Kammer 203 eintreten. Um zu verhindern, daß Gase durch die
Kammer 203 hindurchlecken, ist die Kammer 203 bevorzugt eine gedichtete oder
versiegelte Einheit, entlang einer Fläche 320.
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Fig. 18, 19 und 20 erläutern den Hitzeschild 201. Fig. 18 ist eine Endansicht, die den
Hitzeschild 201 mit den Leitschaufeln 102, die in Schlitze 260 in dem Hitzeschild 201
eintreten, zeigt. Fig. 19 zeigt die Leitschaufeln 102 in der offenen Stellung, während
Fig. 20 die Leitschaufeln 102 in der geschlossenen Stellung zeigt. Die Bewegung des
Kolbens 24 auf dieser zweiten Leitschaufelanordnung ist die gleiche, wie sie oben mit
Bezug auf Fig. 7, 8 und 9 beschrieben wurde.
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Der in den Fig. 16 bis 20 gezeigte Turbolader ergibt die folgenden Vorteile.
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1. Die Leitschaufeln 102 befinden sich immer im Gasfluß, so daß die Gase immer
im wirkungsvollsten Winkel auf die Turbine geleitet werden über den ganzen
Arbeitsbereich des Turboladers.
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2. Mit der gedichteten Kammer 203 werden die Gase daran gehindert, über den
Hitzeschild 201 zur Niederdruckseite des Turboladers zu lecken, so daß alle
Gase auf die Turbine 12 wirken müssen, was einen größeren Wirkungsgrad
ergibt.
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3. Mit der gedichteten Kammer 203 hat der Hitzeschild 201 zwei Schutzschichten
um Hitze daran zu hindern, auf die rückseitige Fläche des Lagergehäuses 68 zu
wirken. Die zwei Schutzschichten werden durch zwei benachbarte Seiten der
gedichteten Kammer 203 gebildet.
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4. Mit dem Hitzeschild 201 sind das Lagergehäuse 68 und das Turbinengehäuse 4
unabhängig von einander drehbar, so daß der Turbolader an unterschiedliche
Motoren mit im wesentlichen gleicher Leichtigkeit angeschraubt werden kann
und Motorenbestandteile, die im Wege gewesen sein könnten, leicht vermieden
werden können, indem das Lagergehäuse 68 und das Turbinengehäuse 4
einfach relativ gedreht werden.
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5. Mit dem Hitzeschild 201 sind das Lagergehäuse 68 und das Turbinengehäuse 4
drehbar derart, daß der Ölauslaß 82 immer so angeordnet werden kann, daß er
senkrecht nach unten deutet, und somit eine gute Schwerkraftzuführung von Öl
zurück zum Motor ergibt.
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Es muß zur Kenntnis genommen werden, daß die oben unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung nur als Beispiele
gegeben wurden, und daß Abwandlungen durchgeführt werden können. Somit können
z. B. die Leitschaufeln 102, 104 eine andere Form gegenüber den gezeigten annehmen,
und mehr oder weniger Leitschaufeln als die gezeigten können verwendet werden. Falls
gewünscht, können die Leitschaufeln umgedreht werden, um eine umgekehrte Drehung
der Turbine 12 zu ermöglichen
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Der veränderliche Turbolader 2 kann in verschiedenen Größen hergestellt werden,
entsprechend zur Größe des Motors, mit dem der veränderliche Turbolader 2 verbunden
werden soll. Die Form des Gehäuses 4 kann verändert werden, wie es gewünscht sein
mag. Wassergekühlte Lager können eingebaut sein. Das Gehäuse 4 und die
verschiedenen Bestandteile innerhalb des Gehäuses 4 können aus jedem gewünschten und
geeignetem Material gemacht sein. Auch Dichtringe können hinzugefügt oder fortgelassen
werden, wie gewünscht.