DE10297203T5 - Turbolader - Google Patents

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Abstract

Veränderlicher Turbolader mit einem Gehäuse, einem Verdichter, der drehbar in dem Gehäuse angebracht ist, einer Turbine, die drehbar in dem Gehäuse angebracht ist, einem ersten Einlaß, um zu ermöglichen, daß Luft zu dem Verdichter geleitet wird, einem Auslaß um zu ermöglichen, daß Luft von dem Verdichter zu einem Motor geleitet wird, einem zweiten Einlaß, um zu ermöglichen, daß Auspuffgase von dem Motor zu der Turbine geleitet werden, um die Turbine zu drehen, einer Kammer, die die Turbine umgibt und die die Auspuffgase aus dem zweiten Einlaß erhält, bevor die Auspuffgase zu der Turbine geleitet werden, und einer Lageranordnung, um die Drehung der Turbine zu erlauben, wobei der veränderliche Turbolader feste Leitschaufeln, die in der Kammer angebracht sind und die dazu dienen, Auspuffgase genau auf die Turbine zu richten, einen Kolben, der gleitbar ist und der zwischen den Leitschaufeln und der Turbine positioniert ist, und Steuereinrichtungen, die mit dem Kolben verbunden...

Description

  • Diese Erfindung betrifft einen Turbolader, und, mehr im Einzelnen, betrifft diese Erfindung einen veränderlichen Turbolader.
  • Ein veränderlicher Turboladern ist bekannt, der 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 um es zu ermöglichen, daß Luft von dem Verdichter zu einem Motor geführt wird, einen zweiten Einlaß, um zu ermöglichen, daß Auspuffgase von dem Motor zu der Turbine geführt werden, um die Turbine zu drehen, eine Kammer, die sich um die Turbine erstreckt und die die Auspuffgase aus dem zweiten Einlaß erhält, bevor die Auspuffgase zu der Turbine geführt werden, eine Lageranordnung, um die Drehung der Turbine zu erlauben und einen Hitzeschild, um die Lageranordnung von den Auspuffgasen abzuschirmen, aufweist. Diese bekannte Art eines Turboladers kann die Verwendung einer nicht üblichen Lageranordnung erfordern, was die Herstellungskosten erhöht. Auch kann Gasverlust ein Problem sein.
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die obenerwähnten Probleme zu beseitigen oder zu vermindern.
  • Demgemäß ist in einer nicht-beschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein veränderlicher Turbolader geschaffen, der 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 um es zu ermöglichen, daß Luft von dem Verdichter zu einem Motor geführt wird, einen zweiten Einlaß, um zu ermöglichen, daß Auspuffgase von dem Motor zu der Turbine geleitet werden, um die Turbine zu drehen, eine Kammer, die die Turbine umgibt und die die Auspuffgase aus dem zweiten Einlaß erhält, bevor die Auspuffgase zu der Turbine geleitet werden, und eine Lageranordnung, um die Drehung der Turbine zu erlauben, aufweist, wobei der veränderliche Turbolader feste Leitschaufeln, die in der Kammer angebracht sind und die dazu dienen, Auspuffgase genau auf die Turbine zu richten, einen Kolben, der gleitbar ist und der zwischen den Leitschaufeln und der Turbine angeordnet ist, und Steuereinrichtungen, die mit dem Kolben verbunden sind und die dazu dienen, die gleitende Bewegung des Kolbens zu steuern, wobei der Kolben ein Ende hat, das der Lageranordnung am nächsten ist und das einen Zwischenraum festlegt, wobei die Größe des Zwischenraums in Abhängigkeit vom Gleiten des Kolbens unter der Steuerung der Steuereinrichtungen veränderlich ist, und die Größe des Zwischenraums wirkt, um die Menge der Auspuffgase, die auf die Turbine wirken, zu steuern, und dadurch die Drehgeschwindigkeit der Turbine genau zu steuern und dadurch die Menge an Luft, die durch den Verdichter durch den Auslaß zu dem Motor geleitet wird, aufweist.
  • Der veränderliche Turbolader der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, eine übliche Lageranordnung zu verwenden, und er ist auch in der Lage, Gasverlust im Bereich der Leitschaufeln im Wesentlichen zu beseitigen.
  • Der veränderliche Turbolader der vorliegenden Erfindung kann derart sein, daß das Ende des Kolbens einen Flansch hat, der sich radial auswärts erstreckt und der mit Schlitzen zum Aufnehmen der Leitschaufeln versehen ist. Der Flansch auf dem Ende des Kolbens bildet einen Steuerring, der über die Leitschaufeln arbeitet. Indem man den Flansch benutzt, werden die Auspuffgase genauer durch die Leitschaufeln auf die Turbine geführt. Somit erlaubt es der Flansch, daß die Wirkungsweise des variablen Turboladers erhöht wird. Druck auf die Rückfläche des Flansches hilft, den Kolben in einer geschlossenen Stellung zu halten, so daß eine kleiner dimensionierte Steuereinrichtung verwendet werden kann. Gasverlust durch die Schlitze wo die Leitschaufeln angeordnet sind ist bei dem veränderlichen Turbolader der vorliegenden Erfindung kein Problem, da der Gasdruck der selbe auf beiden Seiten des Flansches ist. Während der Verwendung des veränderlichen Turboladers wird, wenn sich eine Kohlenablagerung auf den Leitschaufeln aufbaut, dann diese fortgereinigt während der Flansch auf dem Kolben sich vor- und rückwärts über die Leitschaufeln bewegt. Gasverlust wird verhindert, wenn der Kolben in seiner geschlossene Stellung ist. Wenn der Kolben in seiner geschossenen Stellung ist, ist die empfindlichste Zeit für Gasverlust, Jedoch, mit dem veränderlichen Turbolader der vorliegenden Erfindung werden alle die Gase genau durch die Leitschaufeln, den Hitzeschild und den Flansch geführt, wie erforderlich.
  • Der veränderliche Turbolader kann einen Hitzeschild zum Abschirmen der Lageranordnung von Hitze von den Auspuffgasen aufweisen. Der Hitzeschild kann ein ringförmiger Hitzeschild sein. Alternativ kann der Hitzeschild ein scheibenförmiger Hitzeschild mit einem äußeren Ringbereich, einem inneren Wandbereich, und einer Öffnung durch den inneren Wandbereich sein.
  • Die festen Leitschaufeln können auf dem Hitzeschild angebracht sein.
  • Der veränderliche Turbolader der vorliegenden Erfindung kann einen Einsatz, der in dem Gehäuse angeordnet ist, enthalten, und kann solch einer sein, in dem die Leitschaufeln auf dem Einsatz angebracht sind. Wenn der veränderliche Turbolader den Einsatz enthält, dann kann oder kann auch nicht der Flansch vorhanden sein, je nach Wunsch.
  • Der Einsatz kann ein entfernbarer Einsatz sein, der aus dem Gehäuse entfernbar ist, wobei der entfernbare Einsatz derart ist, daß der den Zusammenbau des veränderlichen Turboladers erleichtert.
  • Der entfernbare Einsatz kann durch eine Feder in seiner Stellung gehalten werden. Die Feder kann derart sein, daß sie eine Dichtung zum Verhindern von Gasverlust aus der Kammer, die die Turbine umgibt, bildet. Die Feder kann vorteilhaft für die Herstellung und den Zusammenbau des veränderlichen Turboladers dadurch sein, daß sie die Toleranzanforderungen vermindert.
  • Falls gewünscht, kann der Einsatz ein nicht-entfernbarer Einsatz sein, der nicht aus dem Gehäuse entfernbar ist.
  • Der veränderliche Turbolader kann einer sein, in dem der Kolben durch eine Bohrung in dem Einsatz hindurchgeht.
  • Der veränderliche Turbolader kann einer sein, in dem die festen Leitschaufeln an einem Teil des Gehäuses angebracht sind, der der Lageranordnung benachbart ist, und der einen Ausgang aus einer Kammer festlegt.
  • Vorteilhafterweise hat der Kolben einen ersten Anschlag um eine Dichtung gegen eine passende Oberfläche zu bilden, um dadurch Verlust der Auspuffgase zwischen dem Anschlag und der passenden Oberfläche zu verhindern. Die passende Oberfläche kann eine passende Oberfläche auf einem Teil des Gehäuses sein. Alternativ kann die passende Oberfläche eine passende Oberfläche auf einem Einsatz in einem Teil eines Gehäuses sein.
  • Der veränderliche Turbolader kann ein solcher sein, bei dem der Kolben einen zweiten Anschlag hat um mit dem Ende der Leitschaufeln in Eingriff zu geraten, wodurch er den Zwischenraum einstellt, wenn der Kolben sich in seiner geschlossenen Stellung befindet.
  • Der veränderliche Turbolader kann einen dichtenden Ring zum Bilden einer Hilfs-Dichtung zum Verhindern von Verlust von jeglichen der Auspuffgase, die zwischen dem ersten Anschlag und der passenden Oberfläche hindurchgehen, einschließen.
  • Die Steuereinrichtung kann ein Gabelteil, das mit dem Kolben auf zwei entgegengesetzten Seiten verbunden ist, einschließen. Alternativ kann die Steuereinrichtung ein U-förmiges Teil, das mit dem Kolben auf einer Fläche des Kolbens verbunden ist, einschließen.
  • Der veränderliche Turbolader kann einer sein, in dem die Schlitze offene Schlitze sind, die sich von einem Umfang des Flansches nach innen erstrecken, oder geschlossene Schlitze in dem Flansch.
  • Die Steuereinrichtung wird eine elektronische Steuereinrichtung sein, die als Teil eines Motorführungssteuersystems wirkt. Das Steuersystem kann auch eine Steuereinrichtung mit luft- oder öl-betätigtem Stellglied im Zusammenwirken mit dem Motorführungssystem verwenden.
  • Der veränderliche Turbolader kann eine solcher sein, bei dem die Kammer ein Ausströmraum ist. Verschiedene Arten von Kammern können angewandt werden, z.B. mit verschiedenen Querschnittsformen.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden jetzt ausschließlich als Beispiele, und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, beschrieben, worin:
  • 1 ein Querschnitt durch einen ersten veränderlichen Turbolader mit einem Kolben in einer geschlossenen Stellung ist;
  • 2 ein Schnitt wie 1 aber durch einen zweiten veränderlichen Turbolader und mit einem Kolben in einer voll geöffneten Stellung ist;
  • 3 ein Schnitt wie 1 aber durch einen dritten veränderlichen Turbolader und mit einem Kolben in einer geschlossenen Stellung ist;
  • 4 ein Schnitt wie 1 aber durch einen vierten veränderlichen Turbolader und mit einem Kolben in einer geschlossenen Stellung ist;
  • 5 ein Schnitt wie 1 aber durch einen fünften veränderlichen Turbolader und mit einem Kolben in einer geschlossenen Stellung ist;
  • 6 eine Seitenansicht des ersten, in 1 gezeigten, Turboladers ist und die Steuereinrichtungen, die ein Gabelteil haben, das mit dem Kolben an zwei entgegengesetzten Seiten des Kolbens verbunden ist, erläutert;
  • 7 ein Schnitt durch den Hitzeschild, der in dem ersten veränderlichen Turbolader der 1 gezeigt ist, ist;
  • 8 eine Endansicht des in 7 gezeigten Hitzeschildes ist;
  • 9 der Schnitt durch einen Kolben , der gleich dem in 5 gezeigten Kolben ist, aber der zur Benutzung mit Steuereinrichtungen der Art, wie sie in 1, 2 und 6 gezeigt ist, bestimmt ist, ist;
  • 10 eine Endansicht eines Flanschteils des in 9 gezeigten Kolbens, wobei der Flansch Schlitze für Leitschaufeln hat, ist;
  • 11 eine Endansicht eines Steuerrings, der an dem Ende eines Kolbens befestigt ist, wobei der Steuerring Schlitze hat, die sich von einem Umfang des Steuerrings nach innen erstrecken, ist;
  • 12 eine Endansicht eines Steuerrings, wo die Schlitze völlig innerhalb des Steuerrings sind, ist;
  • 13 eine Seitenansicht des in 1 und 2 gezeigten Kolbens ist, und erläutert, wie der in 11 und 12 gezeigte Steuerring an den Kolben angepaßt werden kann;
  • 14 ein Schnitt durch einen sechsten veränderlichen Turbolader der vorliegenden Erfindung ist;
  • 15 ein Schnitt durch einen siebten veränderlichen Turbolader der vorliegenden Erfindung ist;
  • 16 ein Schnitt durch einen achten veränderlichen Turbolader der vorliegenden Erfindung ist;
  • 17 ein Schnitt durch einen neunten veränderlichen Turbolader der vorliegenden Erfindung ist;
  • 18 eine Seitenansicht des, in dem in 1416 gezeigten Turbolader verwendeten, Kolbens ist; und
  • 19 eine Endansicht des Kolbens, wie er in 18 gezeigt ist, ist.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist dort ein veränderlicher Turbolader 2 gezeigt, der ein Gehäuse 4, einen Verdichter 6, der in dem Gehäuse 4 drehbar angebracht ist, und eine Turbine 8, die auch in dem Gehäuse 4 drehbar angebracht ist, aufweist. Der veränderliche Turbolader 2 weist auch einen ersten Einlaß 10 auf, um es Luft zu ermöglichen, zum Verdichter 6 geführt zu werden, und einen Auslaß 12, um es Luft aus dem Verdichter 6 zu ermöglichen, zu einem Motor (nicht gezeigt) geleitet zu werden.
  • Der veränderliche Turbolader 2 hat einen zweiten Einlaß 14 um es zu ermöglichen, daß Auspuffgase vom Motor zu der Turbine 8 geleitet werden, um die Turbine 8 zu drehen. Eine Kammer 16 erstreckt sich um die Turbine 8 herum und empfängt die Auspuffgase von dem zweiten Einlaß 14 bevor die Auspuffgase zur Turbine 8 geleitet werden.
  • Eine Lageranordnung 18 erlaubt die Drehung der Turbine 8. Ein Hitzeschild 20 ist vorgesehen um die Lageranordnung 18 vor der Hitze aus den Auspuffgasen abzuschirmen.
  • Der veränderliche Turbolader 2 weist feste Leitschaufeln 22 auf, die in der Kammer 16 angebracht sind, und die dazu dienen, die Auspuffgase genau auf die Turbine 8 zu richten. Ein Kolben 24 ist zwischen den festen Leitschaufeln 22 und der Turbine positioniert. Der Kolben 24 ist ein gleitbarer Kolben. Steuereinrichtungen 26 steuern die gleitende Bewegung des Kolbens 24.
  • Der Kolben 24 hat ein Ende 28, das dem Hitzeschild 20 benachbart ist. Dieses Ende 28 ist von dem Hitzeschild durch einen Zwischenraum 30 beabstandet. 1 zeigt den Kolben 24 in einer geschlossenen Stellung, in der der Zwischenraum 30 sich in seinem engsten Zustand befindet. Die Größe des Zwischenraumes 30 ist veränderlich in Abhängigkeit vom Gleiten des Kolbens 24. Das Gleiten des Kolbens 24 ist unter der allgemeinen Steuerung der Steuereinrichtungen 26. Die Größe des Zwischenraumes 30 wirkt, um die Menge der Auspuffgase, die auf die Turbine 8 wirken, zu steuern, und steuert dadurch genau die Drehgeschwindigkeit der Turbine 8 und dadurch die Menge von Luft, die durch den Kompressor durch den Auslaß 12 zu der Turbine geleitet wird.
  • Wie in 1 gezeigt, weist der veränderliche Turbolader 2 auch eine Welle 32 auf, auf der die Turbine 8 und der Verdichter 6 angebracht sind. Der Verdichter 6 ist an einem Endbereich 34 mit vermindertem Durchmesser der Welle 32 durch eine Mutter 36 befestigt, die sich auf einen mit Schraubengewinde versehenen Bereich 38 auf dem Endbereich 34 der Welle 32 aufschraubt.
  • Die Turbine 8 hat einen mittleren Körperbereich 40 und Leitschaufeln 42. Der Verdichter 6 hat einen mittleren Körperbereich 44 und Leitschaufeln 46.
  • Verdichtete Luft aus dem Verdichter 6 geht längs eines Diffusor-Durchgangs 48 in eine Kammer 50 in der Form einer Ausströmkammer (volute), wie gezeigt. Die Kammer 16, die die Auspuffgase an die Turbine 8 übergibt, ist auch in der Form einer Volute, wie gezeigt.
  • Schrauben 52, die auf Scheiben 54 lagern, sichern eine rückwärtige Platt 56 an einem Teil des Gehäuses 4, das für den Verdichter 6 bestimmt ist. Schrauben 58 gehen in die Lageranordnung 18 hinein, um die rückwärtige Platte 56 in Stellung zu halten.
  • Die Lageranordnung 18 hat eine Ölaufnahme 60 um Öl für die Lageranordnung 18 zu liefern. Auch vorgesehen ist in Öluablaß 62.
  • Schrauben 64 wirken auf eine Klemmplatte 66 um die Lageranordnung 18 an den Teil des Gehäuses 4, der für die Turbine 8 bestimmt ist, anzuklemmen.
  • Der Kolben 24 gleitet gegen einen Einsatz 68, wie gezeigt. Der Einsatz kann aus einem korrosionsfesten Material hergestellt sein, in Abhängigkeit von dem Material, das für das Gehäuse 4 benutzt wird. Das Gehäuse 4 kann grundsätzlich als ein dreiteiliges Gehäuse betrachtet werden, das ein Turbinengehäuse 4A, ein Verdichtergehäuse 4B und ein Lagergehäuse 4C aufweist.
  • Die Steuereinrichtungen 26 haben eine Luftaufnahme 70 um ein Betätigungsglied 72 zu steuern. Eine Membran (nicht gezeigt) in dem Betätigungsglied 72 wird durch die Luft beaufschlagt. Die Luftaufnahme wird durch eine elektronische Steuereinrichtung (nicht gezeigt) gesteuert. Die Bewegung der Membran verursacht die Bewegung eines Arms 74. Der Arm 74 schwenkt eine Stange 76 (s. 6). Die Stange 76 ist, wie am besten in 6 gezeigt ist, mit einer Gabeleinrichtung 78 verbunden, die ein paar Arme 80, 82 hat, wobei jeder Arm 80, 82 ein Anordnungsglied 84 hat. Jedes Anordnungsglied 84 liegt in einer Ausnehmung 86 wie in 1 gezeigt.
  • Wie aus 1 ersehen werden kann, sind die festen Leitschaufeln 22 auf dem Hitzeschild 20 angebracht. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die festen Leitschaufeln 22 auf einem Teil des Gehäuses 4, der gegenüber dem Hitzeschild 20 ist und der einen Ausgang aus der Kammer 16 festlegt, angebracht sein.
  • Der Kolben 24 hat einen Anschlag 88 um eine Dichtung gegen eine passende Oberfläche 90 zu bilden, und dadurch Verlust der Auspuffgase zwischen dem Anschlag 88 und der passenden Oberfläche 90 zu verhindern. Wie in 1 gezeigt ist die passende Oberfläche 90 als ein Teil des Gehäuses 4 ausgebildet.
  • Das Vorsehen des Anschlages 88 und der passenden Oberfläche 90 kann ausreichend sein, um den Verlust der Auspuffgase zwischen dem Anschlag 88 und der passenden Oberfläche 90 zu verhindern. Als eine gesonderte Vorsichtsmaßnahme gegen den Verlust der Auspuffgase ist eine Dichtung 94 vorgesehen. In 1 ist die Dichtung 94 in einem Einsatz 96 in einem Teil des Gehäuses 4 vorgesehen. Die Dichtung 94 ist in der Form eines Dichtringes und sie wirkt somit, um eine Hilfs-Dichtung zu bilden, um Verlust von jeglichen der Auspuffgase, die zwischen dem Anschlag 88 und der passenden Oberfläche 90 hindurch gehen könnten, zu verhindern.
  • Das Ende 28 des Kolbens 24 hat einen Flansch 91. Der Flansch 91 erstreckt sich radial nach außen wie gezeigt. Der Flansch 91 ist mit Schlitzen (in 1 nicht gezeigt) um die Leitschaufeln 22 aufzunehmen versehen.
  • Der in 1 gezeigte Hitzeschild 20 ist ein scheibenförmiger Hitzeschild mit einem äußeren Ringbereich 93 und einem Innenwandbereich 95. Der Innenwandbereich 95 hat eine Öffnung 97, durch den die Turbine 8 hindurch geht.
  • 2 ist ein Schnitt durch einen zweiten veränderlichen Turbolader 99. Der zweite veränderliche Turbolader 99 ist dem in 1 gezeigten veränderlichen Turbolader 2 ähnlich und ähnliche Teile sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, zur Erleichterung des Vergleichs und des Verständnisses. In 2 ist ersichtlich, daß das Hitzeschild 20 den Innenwandbereich 95 nicht aufweist. In 2 ist auch ersichtlich, daß der Kolben 24 in seiner offenen Stellung gezeigt ist, statt in seiner geschlossenen Stellung wie in 1 gezeigt.
  • 3 zeigt einen dritten veränderlichen Turbolader 101. 4 zeigt einen vierten veränderlichen Turbolader 103. 5 zeigt eine fünften veränderlichen Turbolader 105. Der der in 3 gezeigte veränderliche Turbolader 101, der in 4 gezeigte 103, und der in 5 gezeigte 105, ist dem in 1 gezeigten veränderlichen Turbolader 2, und dem in 2 gezeigten 99 ähnlich. Ähnliche Teile wurden wiederum mit den gleichen Bezugszeichen zur Erleichterung des Vergleichs und des Verständnisses versehen.
  • In 3 wird der veränderliche Turbolader 101 durch Steuereinrichtungen 27 betätigt, die den Steuereinrichtungen 26 ähnlich sind. Die Steuereinrichtungen 27 sind geformt wie in 3, 4 und 5 gezeigt, und sie verbinden sich durch drei Arme 29 mit einem Kolben 31, wie in 3 gezeigt, oder mit einem Kolben 33, wie in 4 gezeigt, oder mit einem Kolben 35 wie in 5 gezeigt. Die Arme 29 verbinden sich mit einer Welle 37, die sich mit dem Betätigungsglied 72 verbindet.
  • In 3 sind die Leitschaufeln 22 als Teile des Hitzeschildes 20 gegossen. In 4 sind die Leitschaufeln 22 auf einen Einsatz 107 gegossen. Der Kolben 33 arbeitet gegen den Einsatz 107 wie in 4 gezeigt.
  • In 5 ist der Flansch 91 mit einem Rückkehrbereich 109 versehen, der in einer Nut 111 wie gezeigt aufgenommen wird.
  • In 1 ist der Flansch 91 in der geschlossenen Stellung gezeigt, wobei der Kolben 24 durch die Steuereinrichtungen 26 bewegt worden ist. Die Wegstrecke des Kolbens 24 zu seiner geschlossenen Stellung wird durch einen Haltebereich 113 auf dem Kolben 24 angehalten. 2 zeigt den Kolben 24 in der offenen Stellung. 3 zeigt den Kolben 31 in der geschlossenen Stellung, wobei die schließende Bewegung des Kolbens 31 angehalten worden ist, wenn ein Anhaltebereich 115 des Kolbens 31 mit den Enden der Schaufeln 22 in Eingriff gelangt. In 4 gelangt ein Anhaltebereich 117 auf den Kolben 33 mit einem Flansch 119 auf dem Einsatz 107 in Eingriff, um die Einwärtsbewegung des Kolbens 33 anzuhalten. In 5 gelangt ein Anhaltebereich 121 mit den Enden der Leitschaufel 22 in Eingriff, um die Einwärtsbewegung des Kolben 35 anzuhalten. 4 zeigt auch eine Gestaltung mit keinem Hitzeschild, wobei die Leitschaufeln auf den Einsatz 107 gegossen sind. Um die Lageranordnung kühl zu halten, ist ein Wasserkühlmantel 129 vorgesehen, mit einem Wasserdurchgangsweg 131.
  • 6 ist eine Endansicht des in 1 gezeigten Turboladers 2 und erläutert mehr im Einzelnen die Anordnung des Betätigungsgliedes 72.
  • 7 und 8 zeigen den Hitzeschild 20. Der Hitzeschild 20 hat feste Leitschaufeln 22. Der Hitzeschild 20 hat auch einen äußeren Ringbereich 93, der in seiner Form ähnlich dem in 2 gezeigtem Hitzeschild 20 ist. Jedoch hat der Hitzeschild 20 auch den Innenwandbereich 95, der zusätzliche Hitze abschirmende Einrichtungen für die Lageranordnung 18 schafft.
  • 9 und 10 zeigen einen Kolben 104, der gleich dem in 5 gezeigtem Kolben 35 ist, aber der die in 1 gezeigten Steuereinrichtungen 26 benutzt. Obwohl dies nicht in 9 gezeigt ist, kann der Kolben 104 mit einem Zapfen versehen sein, um die Drehung des Kolbens 104 während der Benutzung des veränderlichen Turboladers anzuhalten. 9 zeigt auch den Kolben 104 mit einer Nut 86 versehen, um die in 6 gezeigte Gabeleinrichtung 78 anzuschließen. 10 ist eine Endansicht des Kolbenflansches, und zeigt die Schlitze für die Leitschaufeln.
  • 11 zeigt eine Gestaltung für einen Kolbenflansch 121. Schlitze 123 sind in den Flansch 121 von dem äußeren Umfang des Flansches 121 wie gezeigt eingeschnitten. Diese Gestaltung kann ein wirtschaftlicher Weg sein, den Flansch 121 herzustellen. Der Flansch 121 kann als getrennter Ring ausgebildet sein, der an dem Rest des Kolbens 24 durch eine Schweißnaht 125 wie in 13 gezeigt, befestigt sein kann. Alternativ kann die Schweißnaht 125 gehämmert oder eine Schraube sein. 12 zeigt wie die Schlitze 127 alternativ gänzlich in dem Flansch 121 ausgebildet sein können. Wiederum kann der in 12 gezeigte Flansch 121 als ein getrennter Ring zur Anbringung an den Rest des Kolbens 24, wie in 13 gezeigt, ausgebildet sein.
  • Unter Bezugnahme jetzt auf 1418 wurden ähnliche Teile wie vorhergehende Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen zur Erleichterung des Vergleichs und des Verständnisses. In 14 ist ein veränderlicher Turbolader 150 mit einem Einsatz 122, auf dem die festen Leitschaufeln 22 angebracht sind, gezeigt. Der Einsatz 152 ist aus dem Turbinengehäuse 4 entfernbar. Eine Scheibenfeder 144 wird verwendet, um den Einsatz 152 wie in 14 gezeigt nach links zu drücken und über und gegen die Lagerordnung 18. Die Scheibenfeder 154 wird auch als eine Dichtung um Gasverlust zu verhindern benutzt.
  • Wie auch in 14 gezeigt, wird ein Anschlag in der Form eines Anschlagringes 156 verwendet, um den Anfangszwischenraum 30 über dem Turbinenrad festzulegen. Der Anschlagring 156 liegt gegen eine kleine Lippe 158 auf dem Kolben 24 an. Der Anschlagring 156 kann punktgeschweißt, gekrimmt oder sonstwie in seiner Stellung gehalten sein. Wenn der Anschlagring 156 gegen die Lippe 158 festgelegt ist, kann dann der Anschlagring 156 allen Gasverlust am Hindurchgehen durch den Kolben 24 verhindern, wenn der Kolben 24 in der geschlossenen Stellung ist und somit, wenn der Kolben 24 gegen den Einsatz 152 gedrückt wird.
  • Der in 14 gezeigte veränderliche Turbolader 150 ermöglicht es dem Kolben 24, dem Einsatz 152 und dem Anschlagring 156 als ein Zusammenbau in das Turbinengehäuse eingebaut zu werden. Die Scheibenfeder 154 wirkt auch als eine Dichtung um Gasverlust, am Hindurchgehen durch den Ausströmraum des veränderlichen Turboladers 150 zu verhindern, so daß alle Gase auf das Turbinenrad verwendet werden und somit die Wirkungsweise verbessert wird.
  • 15 zeigt einen veränderlichen Turbolader 160, der gleich dem in 14 gezeigten veränderlichen Turbolader 150 ist. Bei dem veränderlichen Turbolader 160 hat die Lageranordnung 18 ein Hitzeschild 20, um zu helfen, daß sich im Lagerbereich Hitze aufbaut. Diese besondere Gestaltung kann bei einem veränderlichem Turbolader verwendet werden, der so gestaltet ist, daß er heißer als gewöhnlich läuft. 15 zeigt auch die Benutzung einer Dichtung 162 indem Einsatz 152. Die Dichtung 162 dient zum Verhindern von Gasverlust, wenn der Kolben 24 sich in seiner offenen Stellung befindet.
  • Wie sowohl in 14 wie in 15 gezeigt, verhindert der Anschlagring 156 jeglichen Gasverlust, der am Kolben 24 vorbeigeht, wenn der Kolben 24 sich in seiner geschlossenen Stellung befindet, da dies der schwierigste Teil des Arbeitsbereiches des Turboladers ist um eine gute Wirkungsweise zu erreichen.
  • 16 zeigt einen veränderlichen Turbolader 164, der gleich dem veränderlichen Turbolader 150 und 160 ist. Wie in 16 gezeigt, hat der veränderliche Turbolader 164 einen Einsatz 152 mit den festen Leitschaufeln 22. Jedoch hat dieser Einsatz 152 Schraubengewinde 166, die es ermöglichen, daß der Einsatz 152 in das Turbinengehäuse 4 geschraubt wird. Die Schraubengewinde 166 liefern eine Dichtfunktion, während sie zur gleichen Zeit ermöglichen, daß der Einsatz 152 in das Turbinengehäuse 4A in Stellung angeordnet wird. Die Verwendung der Schraubengewinde 166 ermöglicht es auch, daß der Zusammenbau des Einsatzes 152, des Kolbens 54 und des Anschlagringes 156 in das Turbinengehäuse 4A als eine einzige Einheit geschraubt wird.
  • Unter Bezugnahme nun auf 17 ist dort ein veränderlicher Turbolader 168 gezeigt, der einen Einsatz 152, Leitschaufeln 22, einen Kolben 24 und einen Flansch 170 hat. Der Kolben 24 hat auch einen Anschlagring 172, der wie gezeigt mit einer Nut 174 gestaltet ist. Der Anschlagring 172 wird benutzt, um es einem Gabelteil 78 zu ermöglichen, mit dem Anschlagring 172 verbunden zu werden und den Kolben 24 und den Anschlagring 172 in dem veränderlichen Turbolader 168 zu bewegen. Der Anschlagring 172 legt den Zwischenraum 30 fest, wenn der Kolben 24 in seiner geschlossenen Stellung ist. Wenn der Betätigen 72 die Steuerstange 74 bewegt, bewegt dies wiederum ein Gabel 78, die die Bewegung des Kolbens 24 steuert. Der in 17 gezeigte veränderliche Turbolader 168 ermöglicht es, daß heiße Gase daran gehindert werden, auf das Gabelteil 78 und seine zugehörigen Teile zu wirken, indem er einen längeren Kolben 24 hat. Wie in 17 gezeigt, wirkt dieser längere Kolben 24 um das Gabelglied 78 von den heißen Gasen abzuschirmen.
  • 17 zeigt auch, daß das Turbinengehäuse 4 maschinell bearbeitet ist, um einen Luftzwischenraum oder -spalt 178 zu schaffen. Der Luftspalt 178 ist zwischen der Lageranordnung 18 und dem Turbinengehäuse 4A positioniert. Mit dieser Anordnung ist ein Hitzeschild nicht erforderlich, weil das Turbinengehäuse 4A auch als ein Hitzeschild wirkt. Die Gestaltung des in 17 gezeigten veränderlichen Turboladers 168 erlaubt es ebenfalls, daß der Kolben 24, der Einsatz 152 und der Anschlagring 172 in das Turbinengehäuse 4A als ein Zusammenbau eingepaßt werden. 17 zeigt ferner die Benutzung von Klammern 179 um das Turbinengehäuse 4A an die Lageranordnung 18 anzuklammern.
  • 18 und 19 zeigen den in dem in 14, 15 und 16 gezeigten veränderlichen Turbolader benutzten Kolben 24. Wie aus 18 gesehen werden kann, gibt es Arme 180, die die Steuerstange 182 halten, die den Betätiger anschließt, der den Kolben 24 bewegt. Ebenfalls in 18 gezeigt ist die Stufe 158 für den Anschlagring 156, so daß, wenn der Anschlagring 156 gegen die Stufe 158 festgelegt wird und in seiner Stellung geeignet befestigt wird, z.B. durch Schweißen oder Krimpen, der Gasverlust gestoppt wird, wenn der Kolben 24 sich in seiner geschlossen Stellung befindet. Auch dieser Kolben 24 kann als eine einzige Einheit geprägt oder geformt sein, so daß der Kolben und der Flansch als ein Teil hergestellt sind.
  • 19 erläutert am besten wie die Schlitze 184 für die Leitschaufeln 22 Schlitze mit offenem Ende sind. Bei einem veränderlichen Turbolader der Erfindung mit einem Flansch am Ende des Kolbens, und bei dem die Leitschaufeln durch die Schlitze in den Flansch gehen, kann die Wirkungsweise des veränderlichen Turboladers erheblich verbessert werden. Auch hält der Flansch die Leitschaufeln sauber, wenn er sich entlang der Leitschaufeln bewegt. Die Leitschaufeln und die Schlitze verhindern eine Drehung des Kolbens. Wo der veränderliche Turbolader der vorliegenden Erfindung einen Einsatz verwendet, wird dann der Einsatz mit den Leitschaufeln eingesetzt, um Gase zu dem Turbinenrad zu führen. Der Einsatz ermöglicht es, daß der Kolben innerhalb der Bohrung des Einsatzes zwischen den Leitschaufeln und dem Turbinenrad arbeitet. Die Verwendung eines entfernbaren Einsatzes, der aus dem Turbinengehäuse entfernbar ist, läßt den Zusammenbau des Kolben in das Turbinengehäuse des veränderlichen Turboladers hinein zu. Der veränderliche Turbolader ist wohl einzigartig in seiner Benutzung einer Feder um den Einsatz zu halten und Gasverlust zu verhindern, in seiner Benutzung eines Einsatzes, der in das Turbinengehäuse geschraubt ist und der es erlaubt, daß die Kolbenanordnung als eine Einheit in dem Turbinengehäuse zusammengebaut wird, in der Benutzung eines Einsatzes der entfernbar ist, um es zu ermöglichen, daß ein Teil einer Kolbenanordnung gegen den Einsatz abdichtet um Gasverlust zu verhindern, und in der Benutzung eines Einsatzes, der entfernbar ist und der es ermöglicht, daß sich ein Teil einer Kolbenanordnung an einer Seite des Einsatzes anordnet um den Zwischenraum des Endes des Kolbens über dem Turbinenrad festzulegen.
  • Die verschiedenen Abwandlungen des veränderlichen Turboladers der vorliegenden Erfindung, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, können wirksam arbeiten und wirtschaftlich hergestellt werden. Der Zwischenraum oder Spalt 30 kann durch den gleitenden Kolben 24 verändert werden. Wo ein Flansch auf dem Ende des Kolbens verwendet wird, dann bildet der Flansch einen Steuerring, der über die Leitschaufeln gleitet. Indem man den Flansch benutzt, werden die Auspuffgase genauer durch die Leitschaufeln auf die Turbine geführt. Somit ist die Wirkungsweise des veränderlichen Turboladers verbessert. Druck auf die rückwärtige Fläche des Flansches hilft, den Kolben in einer geschlossenen Stellung zu halten, so daß kleiner dimensionierte Steuereinrichtungen verwendet werden können. Gasverlust durch die Schlitze wo die Leitschaufeln angeordnet sind ist kein Problem bei dem veränderlichen Turbolader der vorliegenden Erfindung, weil der Gasdruck auf beiden Seiten des Steuerringes der gleiche ist. Während der Benutzung des veränderlichen Turboladers, wenn eine Kohlenstoffablagerung sich auf den Leitschaufeln aufbaut, dann wird sie weggereinigt, während der Flansch des Kolbens sich über die Leitschaufel vorwärts und rückwärts bewegt, wobei die Schaufeln durch die Schlitze in dem Flansch gehen. Gasverlust wird verhindert, wenn der Kolben in seiner geschlossenen Stellung ist. Wenn der Kolben in seiner geschlossenen Form ist, ist dies die empfindlichste Zeit für Gasverlust. Jedoch, bei dem veränderlichen Turbolader vorliegender Erfindung werden die Gase genau durch die Leitschaufeln, den Hitzeschild und den Flansch geführt, um auf die Turbine wie erforderlich zu wirken.
  • 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 kann z. B. die Form der Kammern 16 und 50 geändert werden. Auch kann sich die Anzahl der Leitschaufeln ändern, und die Dichtringe können benutzt oder nicht benutzt werden, wie gewünscht.
  • ZUSAMMENFASSUNG (auch Teil der Offenbarung)
  • Veränderliche Turbolader-Vorrichtung (2), mit einem Gehäuse (4), einem Verdichter (6), der in dem Gehäuse (4) drehbar angebracht ist, einer Turbine (8), die in dem Gehäuse (4) drehbar angebracht ist, einem ersten Einlaß (10), um es Luft zu ermöglichen, zum Verdichter geleitet zu werden, einem Auslaß (12), um es Luft aus dem Verdichter zu ermöglichen, zu einem Motor geleitet zu werden, einem zweiten Einlaß (14) um es Auspuffgasen vom Motor zu ermöglichen, zu der Turbine (8) geleitet werden, um die Turbine (8) zu drehen, einer Kammer (16) die die Turbine (8) umgibt und die die Auspuffgase von dem zweiten Einlaß (14) empfängt bevor die Auspuffgase zur Turbine (8) geleitet werden, und einer Lageranordnung (18) um die Drehung der Turbine (8) zu erlauben, wobei der veränderliche Turbolader (2) aufweist feste Leitschaufeln (22), die in der Kammer (16) angebracht sind, und die dazu dienen, Auspuffgase genau auf die Turbine (8) zu richten, einen Kolben (24), der gleitbar ist und der zwischen den Leitschaufeln und der Turbine (8) positioniert ist, und Steuereinrichtungen (26), die mit dem Kolben (24) verbunden sind und die dazu dienen, die gleitende Bewegung des Kolbens (24) zu steuern, wobei der Kolben (24) ein Ende (28) hat, das der Lageranordnung (18) am nächsten ist und einen Zwischenraum (30) bildet, wobei die Größe des Zwischenraumes (30) veränderlich in Abhängigkeit vom Gleiten des Kolbens (24) unter der Steuerung der Steuereinrichtungen (26) ist und die Größe des Zwischenraumes (30) wirkt, um die Menge der Auspuffgase, die auf die Turbine (8) wirken, zu steuern, und dadurch genau die Drehgeschwindigkeit der Turbine (8) und dadurch die Menge von Luft, die durch den Kompressor durch den Auslaß (12) zu der Turbine geleitet wird, steuert, und wobei das Ende (28) des Kolbens (24) derart ist, daß es einen Flansch (91) hat, der sich radial auswärts erstreckt und der mit Schlitzen (123, 127) zum Aufnehmen der Leitschaufeln (22) versehen ist.
    (Hierzu 1)

Claims (23)

  1. Veränderlicher Turbolader mit einem Gehäuse, einem Verdichter, der drehbar in dem Gehäuse angebracht ist, einer Turbine, die drehbar in dem Gehäuse angebracht ist, einem ersten Einlaß, um zu ermöglichen, daß Luft zu dem Verdichter geleitet wird, einem Auslaß um zu ermöglichen, daß Luft von dem Verdichter zu einem Motor geleitet wird, einem zweiten Einlaß, um zu ermöglichen, daß Auspuffgase von dem Motor zu der Turbine geleitet werden, um die Turbine zu drehen, einer Kammer, die die Turbine umgibt und die die Auspuffgase aus dem zweiten Einlaß erhält, bevor die Auspuffgase zu der Turbine geleitet werden, und einer Lageranordnung, um die Drehung der Turbine zu erlauben, wobei der veränderliche Turbolader feste Leitschaufeln, die in der Kammer angebracht sind und die dazu dienen, Auspuffgase genau auf die Turbine zu richten, einen Kolben, der gleitbar ist und der zwischen den Leitschaufeln und der Turbine positioniert ist, und Steuereinrichtungen, die mit dem Kolben verbunden sind und die dazu dienen, die gleitende Bewegung des Kolbens zu steuern, wobei der Kolben ein Ende hat das der Lageranordnung am nächsten ist und das einen Zwischenraum bildet, wobei die Größe des Zwischenraumes in Abhängigkeit vom Gleiten des Kolbens unter der Steuerung der Steuereinrichtungen veränderlich ist, und die Größe des Zwischenraumes wirkt, um die Menge der Auspuffgase, die auf die Turbine wirken, zu steuern, und dadurch die Drehgeschwindigkeit der Turbine genau zu steuern und dadurch die Menge an Luft, die durch den Verdichter durch den Auslaß zu dem Motor geleitet wird, aufweist.
  2. Veränderlicher Turbolader nach Anspruch 1, bei dem das Ende des Kolbens derart ist, daß es einen Flansch hat, der sich radial auswärts erstreckt und der mit Schlitzen zum Aufnehmen der Leitschaufeln versehen ist.
  3. Veränderlicher Turbolader nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 und einen Hitzeschild zum Abschirmen der Lageranordnung von Hitze von den Auspuffgase aufweisend.
  4. Veränderlicher Turbolader nach Anspruch 3, bei dem der Hitzeschild ein ringförmiger Hitzeschild ist.
  5. Veränderlicher Turbolader nach Anspruch 3, bei dem der Hitzeschild ein scheibenförmiger Hitzeschild mit einem äußeren Ringbereich, einem inneren Wandbereich und einer Öffnung durch den inneren Wandbereich ist.
  6. Veränderlicher Turbolader nach einem der Ansprüche 3–5 bei dem die Leitschaufeln auf dem Hitzeschild angebracht sind.
  7. Veränderlicher Turbolader nach einem der Ansprüche 1–5 und einen Einsatz, der in dem Gehäuse angeordnet ist, enthaltend, und in dem die Leitschaufeln auf dem Einsatz angebracht sind.
  8. Veränderlicher Turbolader nach Anspruch 7, bei dem der Einsatz ein entfernbarer Einsatz, der aus dem Gehäuse entfernbar ist, ist, wobei der entfernbare Einsatz derart ist, daß er den Zusammenbau des veränderlichen Turboladers erleichtert.
  9. Veränderlicher Turbolader nach Anspruch 8, bei dem der Einsatz durch eine Feder in seiner Stellung gehalten wird.
  10. Veränderlicher Turbolader nach Anspruch 9, bei dem die Feder derart ist, daß sie eine Dichtung zum Verhindern von Gasverlust aus der Kammer, die die Turbine umgibt, bildet.
  11. Veränderlicher Turbolader nach Anspruch 7 bei dem der Einsatz ein nicht-entfernbarer Einsatz, der nicht aus dem Gehäuse entfernbar ist, ist.
  12. Veränderlicher Turbolader nach einem der Ansprüche 8–11, bei dem der Kolben durch eine Bohrung in dem Einsatz hindurchgeht.
  13. Veränderlicher Turbolader nach einem der Ansprüche 1–4, bei dem Leitschaufeln an einem Teil des Gehäuses angebracht sind, der der Lageranordnung benachbart ist, und der einen Ausgang aus einer Kammer bildet.
  14. Veränderlicher Turbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kolben einen ersten Anschlag hat um eine Dichtung gegen eine passende Oberfläche zu bilden, um dadurch Verlust der Auspuffgase zwischen dem Anschlag und der passenden Oberfläche zu verhindern.
  15. Veränderlicher Turbolader nach Anspruch 14, bei dem die passende Oberfläche eine passende Oberfläche auf einem Teil des Gehäuses ist.
  16. Veränderlicher Turbolader nach Anspruch 14 bei dem die passende Oberfläche eine passende Oberfläche auf einem Einsatz in einem Teil des Gehäuses ist.
  17. Veränderlicher Turbolader nach einem der Ansprüche 14–16, bei dem der Kolben einen zweiten Anschlag hat um mit dem Ende der Leitschaufeln in Eingriff zu gelangen, wodurch er den Zwischenraum einstellt, wenn der Kolben in seiner geschlossenen Stellung ist.
  18. Veränderlicher Turbolader nach einem der Ansprüche 14–17, aufweisend einen dichtenden Ring zum Bilden einer Hilfs-Dichtung zum Verhindern von Verlust von jeglichen der Auspuffgase, die zwischen dem ersten Anschlag und der passenden Oberfläche hindurchgehen.
  19. Veränderlicher Turbolader zu einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuereinrichtung ein Gabelteil, das mit dem Kolben auf zwei entgegengesetzten Seiten verbunden ist, aufweist.
  20. Veränderlicher Turbolader nach einem der Ansprüche 1–18, bei dem die Steuereinrichtung ein U-förmiges Teil, das mit einer Fläche des Kolbens verbunden ist, aufweist.
  21. Veränderlicher Turbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schlitze offene Schlitze sind, die sich von dem Umfang des Flansches nach innen erstrecken, oder geschlossene Schlitze in dem Flansch.
  22. Veränderlicher Turbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuereinrichtungen elektronische Steuereinrichtungen sind, die als Teil eines Motorführungssteuersystems wirken.
  23. Veränderlicher Turbolader nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kammer ein Ausströmraum ist.
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