DE2841759A1

DE2841759A1 - Turboladersteuerung

Info

Publication number: DE2841759A1
Application number: DE19782841759
Authority: DE
Inventors: James H Nancarrow
Original assignee: Garrett Corp
Current assignee: Garrett Corp
Priority date: 1977-09-29
Filing date: 1978-09-26
Publication date: 1979-04-12
Also published as: GB1602767A; FR2404736B1; JPS5459518A; BR7806443A; ES473820A1; FR2404736A1; US4177006A; SE7810185L; CA1087404A; IT7851257A0; IT1107465B; JPS561457B2; DE2841759C2

Description

PATENTANWÄLTE

Dipl.-Ing. A.Wasmeier Dipl.-Ing. H. Graf

Patentanwälte Postfach 382 8400 Regensburg

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Deutsche Patentamt

8 München D-8400 REGENSBURG GREFLINGER STRASSE 7 Telefon (09 41) 5 4753 Telegramm Begpatent Rgb. Telex 6 5709 repat d

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G/p 9591

Tag 15. Sept. 1978 W/He

Anmelder: THE GABRETT CORPORATION, 9851-9951 Sepulveda Boulevard, Los Angeles/California 90009, USA

Titel: "Turboladersteuerung"

Priorität: USA Ser. No. 837.799 vom 29. September 1977

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Konten: Bayerische Vereinsbank (BLZ 750200 73) 5 839 Postscheck München 893 69-801 Gerichtsstand Regensburg

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''Turboladers teuerung¹'

Die Erfindung bezieht sich auf Turbolader zum Einspeisen von Ladeluft verhältnismäßig hohen Druckes in eine Brennkraftmaschine. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine verbesserte Turboladerkonstruktion mit einer Steuervorrichtung zur Steuerung von Turblader-Aufladungsdrücken entsprechend den Betriebsparametern der Kraftmaschine, z.B. Drehzahl und Belastung.

Turbolader sind an sich bekannt; ein 'Turbinenrad und ein Kompressorrad sind üblicherweise auf einer gemeinsamen Welle befestigt und werden innerhalb der isolierten Turbinen- und Kompressorgehäuse aufgenommen. Das Turbinengehäuse weist einen Gaseinlaß and einen Gasauslaß auf und ist mit dem Abgaskrümmer einer Brennkraftmaschine gekoppelt, um die Abgase durch das Turbinengehäuse zu zirkulieren und das Turbinenrad in Drehung zu versetzen. Andererseits treibt das Turbinenrad das Kompressorrad, welches umgebende Ladeluft komprimiert, an und speist die komprimierte Luft in den Ansaugkrümmer der Brennkraftmaschine ein.

Turboaufgeladene Brennkraftmaschinen haben entscheidende Vorteile gegenüber herkömmlichen, nichtaufgeladenen Motoren, da verdichtete Luft in die Verbrennungskammer oder Zylinder des Motors eingespeist wird und die erhöhte Luftdichte ermöglicht, daß der Motor mit höheren Leistungswerten und mit besserem Wirkungsgrad arbeitet. Bei vielen Brennkraftmaschinen ist es jedoch ervfünscht, den maximalen Druck oder Aufladungsdruck, bei welchem die Ladeluft in den Motor abgegeben wird, zu begrenzen. Dies bedeutet, daß insbesondere bei verhältnismäßig hohen Drehzahlen oder Belastungen viele Tubolader in der Lage sind, Ladeluft an den Motor bei Drücken abzugeben, die wesentlich höher sind als der Mobor oder der Turbolader aushalten kann. In ähnlicher Weise liegt bei verhältnismäßig geringer Drehzahl oder Belastung die Turboladerleistung häufig unter einem minimalen gewünschten Druckwert. Es ist eine große Vielfalt von Ventilen und anderen Drucksteuereinrichtungen und -methoden bekannt, die so ausgelegt sind, daß

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der Turboladeraufladungsdruck als eine Funktion der vorgegebenen Motorbetriebsbedingungen eingestellt wird.

Eine Methode zur Verbesserung des 'Turbo lader auf ladungsdruckes bei verhältnismäßig niedrigen Motordrehzahlen oder -belastungen hat darin bestanden, ein unterteiltes Turbinengehäuse vorzusehen. Dies bedeutet, daß' insbesondere bei der Anwendung in Verbindung mit einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine ein unterteiltes Turbinengehäuse mit zwei gleichen TurbineneinlaufSchneckenkanälen verwendet werden kann, deren jeder eine Durchflußverbindung zum Turbinenrad darstellt. Hierzu wird beispielsweise auf US-PS 5.292.364 hingewiesen. Die beiden Schneckenkanäle sind mit unterschiedlichen Motorzylindern gekoppelt, so daß der Motorabgasfluß in zwei im iiresentlichen gleiche pulsierende Gasströme unterteilt wird. Der Pulseffekt der Abgase ist besonders ausgeprägt bei Betrieb mit geringer Drehzahl oder geringer Belastung, um einen verbesserten Turboladerauf ladungsdruck im Vergleich mit herkömmlichen, nicht unterteilten Turbinengehäusen zu erzielen. Solche unterteilten Turbinengehäuse sind jedoch nicht dazu ausgelegt, das Problem der Turbolader-Überladung zu beseitigen, wenn der Motor mit verhältnismäßig hohen Drehzahlen oder Belastungen betrieben wird.

Es sind zahlreiche Steuereinrichtungen zur Begrenzung eines maximalen Turboladeraufladungsdruckes und damit zur Steuerung der Turbolader-Überladung vorgeschlagen worden. Ein Teil dieser Einrichtungen ist so ausgelegt," daß er mit einem unterteilten Turbinengehäuse verwendet wird, und weist eine Kopplung der Schneckenkanäle mit einem gemeinsamen Abgasstrom auf. Zum veränderlichen öffnen und Schließen eines der Schneckenkanäle ist ein Ventil vorgesehen, um die G-asströmungseigenschaften einstellen zu können. Hierzu wird z.B. auf US-PS 3.27O.495 hingewiesen. Einrichtungen dieser Art nutzen jedoch den Vorteil des Gasströmungsimpulseffektes des echten Betriebes mit unterteiltem Gehäuse nicht aus, da die Schneckenkanäle nicht unter allen Betriebsbedingungen gleiche und abgeglichene Gasströme durchlassen. Andere - ähnliche bekannte Einrichtungen weisen bewegliche Klappenventile auf, um den Gasdurch^fluß in einem Paar von Schneckenkanälen invers einzustellen, um damit die GasdUEchflußeigenschaften

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zu verändern. Hierzu wird auf US-PS 5.557-54-9 und 3.614-.259 hingewiesen. Derartige Einrichtungen ergeben jedoch nicht immer einen gleiciien, abgeglichenen Gasdurchfluß und lassen somit nicht die Pulsationsvorteile eines echten Betriebes mit unterteiltem Gehäuse erzielen. V/ieder andere bekannte Einrichtungen weisen einstellbare Gasdurcliflußeigenschaften mit Hilfe von verhältnismäßig komplizierten beweglichen Schau-fein auf, wie z.B. US-PS J.313-518 zeigt.

Mit vorliegender Erfindung werden somit die Schwierigkeiten und Nachteile der bekannten Vorschläge dadurch überwunden, daß ein verbesserter 'turbolader geschaffen wird, der ein unterteiltes Turbinengehäuse besitzt und der ein Ventil und zusätzliche Steuersciinecken zur einstellbaren Steuerung der Gasdurchflußgeschwindigkeit innerhalb des Turbinengehäuses entsprechend den Motorbetriebsparametern aufweist.

GenäB der Erfindung wird ein Turbolader mit einem Turbinenrad und "ixt einem Kompressorrad, die auf einer gemeinsamen Welle befestigt sind und die innerhalb getrennter Turbinen- und Kompressorgehäuse auf.venoETnen sind, vorgeschlagen, bei dem das Turbinengehäuse mit dem Abgaskrünmier einer Brennkraftmaschine gekoppelt ist und einen Gaseinlaß sowie einen -Auslaß zum Zirkulieren von Motorauspuffgasen in 'und durch das Turbinengehäuse besitzt, um das Turbinenrad anzutreiben, das seinerseits das Kompressorrad antreibt, welches kompriüiorbe Ladunr.:sluft in den Einlaßkrümmer des Motors einspeist.

Das Turbinengehäuse weist ein meridional unterteiltes Gehäuse auf, das zwei axial getrennte Turbineneinlaufschnecken besitzt. Die Einlaufschnecken sind axt unterschiedlichen Motorzylindern gekoppelt und bilden damit ein Paar von Primärgaskanälen für das impulsartige Auftreffen der Abgase auf das Turbinenrad. Das Turbinengehäuse weist ferner ein Paar verhältnismäßig kurzer und bogenförmiger Steuerkanäle auf, die radial innerhalb der primären Schnecken angeordnet sind und ein Paar von sekundären Pfaden für Abgase bilden, ' die auf das 'Turbinenrad auf treffen. Ein Steuerventil ist in Abhän~igkeit von den Motorbetriebsbedingungen, z.B. Drehzahl und Belastung betätigbar, um den Durchfluß von Gasen durch die Steuer-

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schnecken steuerbar zu 'beeinflussen und damit den 'Tirrboladeraufladungsdruck zu begrenzen.

Bei einer bevorzugten Betriebsweise wird das Steuerventil einstellbar durch eine Betätigungsvorrichtung positioniert, co daß es ganz oder teilweise schließt, wenn der Motor mit verhältnisnä£ig niedrigen Drehzahlen oder Belastungen betrieben wird, so dal« der Durchgang der Abgase durch die Steuerschnecken verhindert oder begrenzt wird. In dieser Position weisen die primären Einlaufschnecken einen Hauptquerschnittsdurchflußbereich auf, der für den Gasdurchgang offen ist, wobei die Gasdurchflußgesc~awindi_rgkeit verhältnismäßig groß ist, damit eine erhebliche 'Turboladeraufladung erzielt wird. Wenn die Motordrehzahl oder Motorbelastung zuninmt, öffnet die Betätigungsvorrichtung allmählich weiter&s Ventil, so daß die Querschnittsfläche, die für den Gasdurcnfluß offen ist, zuninmt und die sekundären Steuerschnecken einschließt, und damib die Turboladeraufladung begrenzt.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:

j?ig. 1 eine schematische Darstellung eines gesteuerten 'Turboladers nach der Erfindung, der mit einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine gekoppelt ist,

Pig. 2 in vergrößertem Maßstab eine Seitenansicht des Turbinengehäuses des Turboladers nach .B¹Xg. 1, wobei Teile herausgebrochen dargestellt sind,

J?ig. 3 eine vergrößerte Bodenaufsichtsteilansicht des 'Turbinengehäuses nach B¹Xg. 2 längs der Linie 3-3 der Pig. 2,

i"ig. 4- einen Schnitt längs der Linie 4—4 der J?ig. 2,

Pig. 5 einen vergrößerten horizontalen 'Teilschnitt längs der Linie 5-5 der 11g. 2,

!"ig. 6 eine vergrößerte Ansicht der Seite des 'Turbinengehäuses, entgegengesetzt zur Seite nach I¹Xg. 2, wobei Teile herausgebrochen dargestellt sind, und

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Pig. 7 in vergrößertem Maßstab eine Teilschnittansicht des Gehäuses ähnlich einem Teil nach Fig. 2, wobei das Ventil in einer geschlossenen Betriebsposition dargestellt ist.

Ein Turbulader 10 ist zur Verwendung in Verbindung mit einer Mehrzylinderbrennkraftmas chine 12 schematisch in Fig. 1 dargestelt und weist eine Turbine 14 und einen Kompressor 16 auf, die mit den Abgas- und Iuftansaugkrümmern 18 und 20 der Brennkraftmaschine 12

dazu, gekoppelt sind. Der Turbolader 10 dient von den Zylindern 13 der Brennkraftmaschine ausgetriebenen Abgasen in Drehbewegung umzuwandeln und eine mit dem Kompressor 16 gekoppelte Welle 15 anzutreiben. Der Kompressor 16 führt tlmgebungsluft durch einen Lufteinlaß 17 und komprimiert die Luft zur Einspeisung in die Zylinderbrennkraftmaschine über den Einlaßkrümmer 20. Somit wirkt der Turbolader in der Weise, daß er die Brennkraftmaschine mit Ladeluft verhältnismäßig hohen Druckes und hoher Dichte zur Zündung mit einem geeigneten Brennstoff in den Zylindern speist, um eine erhöhte Leistung und einen besseren Wirkungsgrad zu erzielen. In der Zeichnung ist eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine dargestellt, Turbolader können jedoch mit einer Vielzahl unterschiedlicher Verbrennungskraftmaschinen verwendet werden.

Wie in den Figuren l.bis 4 gezeigt, besitzt die Turbine 14 ein Turbinengehäuse 22 mit einem Gaseinlaß 24 zur Aufnahme von Abgasen aus der Brennkraftmaschine 12. Zweckmäßigerweise hat der Gaseinlaß 24 am Eintrittsende einen verbreiterten Flansch 26, der Löcher 28 zur Aufnahme von (nicht dargestellten) Bolzen zur Verbindung des Gehäuses 22 mit dem Abgaskrümmer 18 besitzt. Insbesondere weist der Abgaskrümmer zwei Abgasleitungen 29 und 30 auf, deren jede mit der Brennkraftmaschine gekoppelt ist und Abgase aufnimmt, die aus einer Vielzahl von Zylindern der Brennkraftmaschine ausgetrieben werden, und in einem Flansch zur Verbindung mit dem Flansch 28 am Gehäuseeinlaß 24 endet. Falls erwünscht, können die beiden Leitungen 29 und 30 zwei Gaskanäle darstellen, die einstückig in einem einzigen Krümmergußstück ausgebildet sind. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Krümmerleitung 29 mit der einen Hälfte der Zylinder und die Krümmerleitung 30 mit den anderen Zylindern verbunden. Die speziellen

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Zylinder, die mit jeder Krummerleitung gekoppelt sind, sind so gewählt, daß die heißen Abgase, die von der Brennkraftmaschine ausgestoßen werden, mit dem Turbinengehäuse durch mehr als eine Krummerleitung verbunden sind, wobei die Gase durch die Leitungen als Eeihe von in gleichem Abstand und regelmäßig versetzten Impulsen strömen.

Die durch die Krümmerleitungen 29 und JO gelangenden pulsierenden Gasströme werden durch das Turbinengehäuse 22 durch getrennte Gehäusedv.rchflußkanäle gerichtet und treffen auf die Schaufeln 32 eines TurbLnenrades J4 mit radialem Zufluß auf, das auf der Welle 15 innerhalb des Gehäuses befestigt ist. Insbesondere weist das Gehäuse 22 den Einlaß 24 auf, der mit den Krümmerleitungen 29 und 30 gekoppelt ist, und der Einlaß geht einteilig in einen spiralförmigen oder schneckenförmigen Gehäuseteil 33 über, der kontinuierlich in der Größenabmessung abnimmt. Das Gehäuse weist ferner eine radial nach innen verlaufende meridionale Trennwand 40 auf, die sich längs des Einlasses 24 und des schneckenförmigen Teiles 33 erstreckt und meridional das Turbinengehäuse in zwei axial getrennte Turbinenzuflußkanäle 36 und 38 unterteilt. Diese Kanäle 36 und 38 sind mit den Krümmerleitungen 29 und 30 ausgerichtet, so daß sie zwei primäre Durchflußpfade bilden, die die Abgase in Umfangsrichtung um das Turbinengehäuse herum und in Verbindung mit dem Turbinenrad 34 führen. Demgemäß wirken die Kanäle 36 und 38 in der Weise, daß die Durchflußunterteilung des pulsierenden Gases zwischen den Leitungen 29 und 30 aufrechterhalten wird, so daß die Gasströme auf

ohne
das Turbinenrad auftreffen, aaßsie vorher wesentlich miteinander gemischt werden. Die radial innere Begrenzung der beiden Primärdurchflußkanäle 36 und 38 ist über einen Anfangsteil des Turbinenradumfanges, z.B. etwa 90°, durch eine gekrümmte Teilerwandung 42, die nachstehend im einzelnen besdarieben wird, geschlossen.

Im Betrieb treffen die durch die primären Zuflußkanäle 36 und 38 strömenden Abgase auf das Turbinenrad 34 und treiben es mit einer Drehgeschwindigkeit an, die auf die Geschwindigkeit und den Massendurchfluß der Gase bezogen ist. Die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrades 34 ist somit auf die Motorbetriebsbedingungen bezogen,

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z.B. Drehzahl oder Belastung. .Ferner beeinflußt die Querschnittsdurchflußfläche, die durch die Kanäle 36 und 38 gegeben ist, die Geschwindigkeit der Abgase, und beeinflußt damit die Drehzahl des Turbinenrades. Das Turbinengehäuse 22 ist mit primären Kanälen 36 und 38 ausgelegt, die für verhältnismäßig raschen Gasdurchfluß bei verhältnismäßig niedrigen Motorbetriebsbedingungen, wie z.B. Drehzahl oder Belastung dimensioniert sind. Auf diese Weise treiben die Abgase das Turbinenrad 34- mit einer Drehgeschwindigkeit an, die zum Antrieb des Kompressors 16 ausreicht, damit eine Aufladung des Turboladers erzielt wird. Natürlich werden die Gase aus dem Turbinengehäuse 22 über einen Gasauslaß 4-4- zur Verbindung mit geeigneten Abgasleitungen oder dergl. ausgetrieben.

Wenn die Drehzahl oder Belastung der Brennkraftmaschine 12 zunimmt, nehmen die Geschwindigkeit und der Massendurchfluß der Abgase entsprechend zu. Entsprechend wird die Drehzahl des Turbinenrades erhöht, wodurch der Aufladungsdruck, der durch den Kompressor 16 erzeugt wird, kritische Betriebsgrenzen übersteigen kann. Hierzu wird das Turbinengehäuse 22 in der in den Figuren 2 bis 5 dargestellten Weise modifiziert, um die Durchflußgeometrie des Turbinengehäuses in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu verändern und damit eine Überladung des Turboladers zu verhindern. Die Teilerwand 4-2 erstreckt sich quer über den schneckenförmigen Teil 33 des Gehäuses und schließt die radial innere Begrenzung der primären Kanäle 36 und 38 über einen Anfangsteil des Turbinenradumfanges. Die führende Kante 4-3 der Teilerwand 4-2 ist im Abstand radial außerhalb einer Zunge 4-5 für das Turbinengehäuse und am stromabwärts gelegenen Ende des Turbineneinlaßes 24- angeordnet. Ton der führenden Kante erstreckt sich die Teilerwand 4-2 bogenförmig nach abwäits längs der schneckenförmigen Durchflußkanäle 36 und 38 in einem schneckenförmigen Pfad in bezug auf das Turbinenrad, und endet am Abschluß eines gekrümmten Pfades von etwa 90 . Eine meridionale Trennwand 51 ist einstückig mit der Teilerwand 4-2 gegossen und erstreckt sich radial nach innen in das Turbinenrad und bildet zwei verhältnismäßig kurze, im wesentlichen ähnliche Steuerkanäle oder Voluten 4-8 und 50. Die Steuerkanäle 4-8 und 50 sind

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somit nach innen offen, stehen mit dem Turbinenrad in Verbindung und sind nach innen von den äußeren primären Kanälen 36 und 38 und konzentrisch zu diesen geformt.

Die stromaufwärts liegenden Enden der beiden inneren Steuerkanäle 48 und 50 sind am stromabwärts gelegenen Ende des Turbinengehäuseeinlasses 24 angeordnet und gegen den Einlaß gerichtet, um den Abgasstrom aufzunehmen. Insbesondere ist der innere Kanal 48 so positioniert, daß er einen !Teil des Abgasstromes innerhalb des primären Kanales 36 aufnimmt, und der innere Kanal 50 ist so positioniert, daß er einen Teil des Abgasstromes innerhalb des anderen primären Kanales 38 aufnimmt. Ein Steuerventil 54 ist an den stromaufwärts liegenden Enden der inneren Kanäle 48 und 50 vorgesehen, um die Unterteilung des Gasstromes zwischen den inneren und äußeren Kanälen und damit die Aufladung des Turboladers zu steuern.

Das Steuerventil 54- weist eine Metallhülse 56 auf, die durch das Turbinengehäuse 22 aufgenommen wird und sich quer über die stromaufwärts gelegenen Enden der inneren Kanäle 48 und 50 erstreckt. Die Hülse 56 ist so geformt, daß sie innerhalb gekrümmt geformter Aussparungen aufsitzt, die auf der führenden Kante 43 der Teilerwand 42 und auf der Zunge 45 ausgebildet sind. Die Hülse ist gegen axiale oder Drehbewegung gesichert, z.B. durch eine Vielzahl von Lappen 60. Ferner weist die Hülse 56 in axialer Richtung versetzte Paare von Öffnungen 62 und 64 in ihren entgegengesetzten zylindrischen Oberflächen auf, um einen offenen Durchgang von Abgasen durch die Hülse 56 und in die inneren Steuerkanäle 48 und 50 zu ermöglichen.

Ein Ventileinsatz 66 ist so bearbeitet, daß er genau in die Hülse 56 paßt, und ist so ausgebildet, daß er einen halbkreisförmigen Querschnitt mit einer Länge etwa gleich der Länge der Hülse besitzt. Die entgegengesetzten Enden des Einsatzes 66 weisen scheibenförmige Kappen 70 zum Abschließen der Enden der Hülse 56 auf, und ein scheibenförmiger zentrischer Teiler trennt den Einsatz in zwei

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im wesentlichen identische Durchflußöffnungen, die mit den Hülsenöffnungen 62 und 64 ausgerichtet sind. Zweckmäßigerweise nehmen die Zappen 70 und der Teiler 72 Abdichtringe 65 zur Verhinderung eines Gasaustrittes auf. Wenn der Ventileinsatz 66 in der Hülse 56 aufgenommen ist, wird er bezug auf die Längsachse der Hülse gedreht und öffnet und schließt den Durchfluß von Abgasen durch die inneren Kanäle 48 und 50. Insbesondere ist der Ventileinsatz 66, wie in Fig. 5 gezeigt, in eine erste Position bewegbar, inderdle Durchflußöffnungen mit den öffnungen 62 und 64der Hülse ausgerichtet sind, wobei Abgase von den primären Kanälen 36 und 38 durch die Steuervoluten 48 und 50 über das Ventil 54 strömen können. In dieser Position weist die effektive Querschnittsfläche, durch die die Abgase strömen, sowohl die äußeren primären Kanäle 36 und 38 als auch die sekundären inneren Kanäle 48 und 50 auf, so daß die relative Geschwindigkeit und der Massendurchfluß der zu strömenden Abgase reduziert wird. Wenn die Brennkraftmas chine mit hoher Drehzahl oder hoher Belastung arbeitet, wird somit das Ventil 54 geöffnet, wodurch das Turbinenrad 34 mit einer kleineren als der maximalen Geschwindigkeit geöffnet wird, damit der Kompressoraufladungsdruck begrenzt wird.

Wie in J?ig. 7 gezeigt, ist der Ventileinsatz 66 in eine zweite Position verschiebbar, die das Ventil 54 schließt. Falls erwünscht, kann andererseits der Ventileinsatz in eine zweite Position bewegt werden, in der das Ventil im wesentlichen geschlossen ist, je nach den gewünschten Durchflußeigenschaften. Insbesondere bewegt die Drehung des Ventileinsatzes 66 innerhalb der Hülse 56 den Einsatz in eine Position, in der die Öffnungen 62 und 64 des Ventiles ganz oder im wesentlichen geschlossen sind. In dieser Position werden die Motorabgase weitgehend daran gehindert, in die inneren Kanäle 48 und 50 einzutreten, und strömen wenigstens hauptsächlich durch die äußeren primären Kanäle 36 und 38. Weil die effektive Durchflußpfadfläche ein Minimum ist, wenn der Ventileinsatz die zweite Position einnimmt, wird die Gasgeschwindigkeit für einen bestimmten Satz von Motorbetriebsbedingungen ein Maximum, um einen erheblichen Turboladeraufladungsdruck zu erzielen.

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Die Ventilbetätigungsvorrichtung 76 ist in den Figuren 2 und 6 zur gesteuerten Bewegung des Ventileinsatzes 66 in Abhängigkeit von Änderungen in der Motordrehzahl oder -belastung gezeigt. Wie dargestellt, weist die Betätigungsvorrichtung 76 einen Behälter 78 auf, der über Anschlußteile 80 am Turbinengehäuse befestigt ist. Der Behälter besitzt eine innere flexible Membran 82, die das Behälterinnere in zwei isolierte Kammern 84 und 86 unterteilt. Eine Betätigerstange 88 ist mit der Membran 82 gekoppelt und erstreckt sich durch die Kammer 86 und durch den Behälter 78 zur Verbindung mit dem Ventileinsatz 66. Eine Feder 92 innerhalb der Kammer 86 dient dazu, die Membran 82 und die Stange 88 entgegen einer Bewegung auf den Ventileinsatz 66 zu vorzuspannen. Im Behälter sind Nippel 94 und 96 vorgesehen, die eine offene Verbindung mit den Kammern 84 und 86 ergeben. Diese Nippel 94 und 96 gestatten, die Kammern 84 und 86 mit Druckquellen zu koppeln, um eine Drucksteuerbewegung der Membran und der Betätigerstange zu erzielen. Beispielsweise ist es in bestimmten Anwendungsfällen erwünscht, die Kammer 84 mit dem Kompressorabgabedruck und die Kammer 86 mit Umgebungsdruck zu koppeln. Wenn der Druck in der Kammer 84 einen Wert erreicht, der durch die mechanischen Eigenschaften der Feder 92 festgelegt ist, lenkt die Membran nach unten gegen die Feder 92 aus, und führt die Betätigerstange 88 in der gleichen Richtung. Wenn der Druck in der Kammer 84 abgebaut wird, tritt natürlich die umgekehrte Wirkung ein.

Das untere Ende der Betätigerstange 88 ist drehbar mit einem Ende eines Kurbelgelenkes 98 über einen Bolzen 100 verbunden. Das andere Ende des Kurbelgelenkes 98 ist mit einem nach außen gerichteten Arm 102 fest verbunden, der einstückig mit dem Ventileinsatz 66 ausgebildet ist. Somit dient eine Beweg-ung der Betätigerstange 88 nach abwärts dazu, den Ventileinsatz 66 im Gegenuhrzeigersinn zu drehen, wie in Fig. 6 gezeigt ist, um das Ventil 5^· fortschreitend zu öffnen. Auf diese Weise wird bei Zunahme des Kompressorabgabedruckes das Ventil 54 fortlaufend geöffnet, um die Turbinengehäuseflache, die für den Durchfluß offen ist, zu vergrößern und damit die !Purboladeraufladung zu begrenzen. Wenn der Kompressorabgabedruck abnimmt,

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verschiebt der Betätiger 76 das Ventil 54- in eine geschlossene Position , um die Turbinengehäusedurchflußflache, die für Abgasdurchfluß offen ist, zu "verringern, und dadurch eine verhältnismäßig
hohe Turboladeraufladung bei geringer Motorbetriebsdrehzahl oder
-belastung zu erzielen.

Die Turboladersteuerung nach vorliegender Erfindung ergibt einen
weiten Bereich der Geschwindigkeitssteuerungder Abgase, die in das Turbinengehäuse eintreten, um das Turbinenrad anzutreiben. Die
Steuerung kann alleine verwendet werden, oder in Verbindung mit
anderen Steuereinrichtungen, z.B. Abgasdrosselklappen und dergl.
Darüber hinaus kann die Betätigungsvorrichtung von Hand oder automatisch arbeiten oder kann für lineares oder nichtlineares Ansprechen auf Änderungen in Motorbetriebsparametern, z.B. Drehzahl,
Belastung oder dergl. geeignet sein. Das Ventil weist vorzugsweise den Hülsenschieber 56 auf, um eine einwandfreie Abdichtung zu
gewährleisten, wenndas Ventil ganz oder im wesentlichen geschlossen ist, es kann jedoch auch ohne Hülsenschieber ausgebildet sein, vorausgesetzt, daß der Ventileinsatz und das Turbinengehäuse aus entsprechenden verträglichen Materialien bestehen. Vorliegende Erfindung ist somit nicht auf das hier beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt.

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Claims

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Patentansprüche:

Turbolader mit einem Kompressor und einer mit Strömungsmittel betriebenen, mit dem Generator gekoppelten Turbine, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine ein Turbinengehäuse mit einem Strömungsmitteleinlaßteil und einem schneckenförmigen Teil, einer radial nach innen verlaufenden meridionalen Trennwand, die den Einlaßteil und die schneckenförmigen Teile in zwei axial versetzte primäre Strömungsmitteldurchflußpfade unterteilt, eine Wandvorrichtung zum Schließen eines Teiles der radialen inneren Begrenzung der primären Pfade, die eben radial nach innen offenen sekundären Strömungsmittelpfad in Verbindung mit den primären Pfaden ergibt und eine Ventilvorrichtung besitzt, die steuerbar zwischen einer ersten Position, in der der sekundäre Pfad für den Strömungsmitteldurchfluß durch die primären und die sekundären Pfade geöffnet wird, und einer ziireiten Position, in der der Strömungsmitteldurchfluß durch den sekundären Pfad begrenzt wird, verschiebbar ist.

2. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandvorrichtung eine in radialer Richtung nach innen verlaufende meridionale Trennwand aufweist, die den sekundären Durchflußpfad in zwei gleiche sekundäre Durchflußkanäle unterteilt.

3. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schneckenförmige Teil sich von dem Einlaßteil aus mit fortlaufend abnehmender Dimension erstreckt, und daß die Wandvorrichtung die radial innere Begrenzung der primären Durchflußpfadeüber etwa am stromaufwärts liegenden Ende des schneckenförmigen Teiles schließt.

4. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prxmardurchflußpfade weitgehend identisch ausgebildet sind.

5. Turbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung eine Vorrichtung aufweist, die längs eines jeden

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der sekundären Kanäle angeordnet ist, um eine gleichförmige und gleichzeitige Bewegung zwischen der ersten und der zweiten Position zu ermöglichen.

6. Turbolader nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung an den stromaufwärts gelegenen Enden der sekundären Kanälen angeordnet ist.

7. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Venti!vorrichtung eine Hülse aufweist, die am Turbinengehäuse längs des sekundären Pfades befestigt ist und Durchflußöffnungen besitzt, die den Stromungsmitteldurchfluß durch die Hülse und den sekundären Pfad ermöglichen, und daß ein Ventileinsatz vorgesehen ist, der beweglich innerhalb der Hülse angeordnet ist, um den Stromungsmitteldurchfluß durch die Durchflußöffnungen in der Hülse selektiv zu steuern.

8. Turbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung eine am Turbinengehäuse längs der sekundären Kanäle befestigte Hülse aufweist, die Durchflußöffnungen besitzt, die in jedem der Kanäle angeordnet sind, damit ein Stromungsmitteldurchfluß durch die Hülse und die sekundären Kanäle ermöglicht wird, und daß ein Ventileinsatz beweglich innerhalb der Hülse aufgenommen ist, um den Stromungsmitteldurchfluß durch die Durchflußöffnungen selektiv zu steuern.

9. Turbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung eine Vorrichtung zum steuerbaren Öffnen und Begrenzen eines der sekundären Kanäle für den Stromungsmitteldurchfluß in einem der primären Pfade und zum steuerbaren öffnen und Begrenzen des anderen der sekundären Kanäle für den Stromungsmitteldurchfluß im anderen der primären Pfade aufweist.

10. Turbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung eine Vorrichtung aufweist, die in beiden sekundären Kanälen angeordnet ist, um die sekundären Kanäle für den Stromungsmitteldurchfluß gesteuert und gemeinsam zu öffnen und zu be-

grenzen. 3 f! "'< 1 5 / 0 7 8 1

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11.Turbolader nach. Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Betätigungsvorrichtung ziiDi steuerbaren Einstellen der Position der Ventilvorrichtung.

12. Turbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung eine Hülse aufweist, die auf dem Turbinengehäuse an den stromaufwärts gelegenen Enden der sekundären Kanäle befestigt ist und Durchflußöffnungen aufweist, durch die der Strömungsmitteldurchfluß durch die Hülse und die sekundären Kanäle ermöglicht wird, und daß ein Ventileinsatz mit halbkreisförmigem Querschnitt vorgesehen ist, der beweglich innerhalb der Hülse aufgenommen ist, um den Strömungsmitteldurchfluß durch die Durchflußöffnungen selektiv zu steuern, wobei der Einsatz eine Vorrichtung besitzt, um den Durchfluß durch die sekundären Kanäle getrennt zu halten.

13. Turbolader mit einem Kompressor und einer durch Strömungsmittel angetriebenen Turbine, die antriebsmäßig mit dem Kompressor gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine ein Gehäuse aufweist, das einen Strömungsmitteleinlaßteil und einen etwa schnekkenförmigen Teil, eine radial nach innen verlaufende meridionale Trennwand, der Einlaß- und schneckenförmige Teile in zwei axial versetzte primäre Strömungsmitteldurchflußpfade unterteilt, eine Wandvorrichtung zum Schließen eines Teiles der radial inneren Begrenzung der primären Pfade, eine radial von dort nach innen verlaufenden Vorrichtung mit zwei radial nach innen offenen sekundären Durchflußkanälen, die in entsprechende der primären Pfade öffnen, und eine Ventilvorrichtung besitzt, die steuerbar zwischen einer ersten Position, die die sekundären Kanäle in ihre entsprechenden primären Pfade öffnet, um einen Strömungsmitteldurchfluß durch die primären Pfade und die sekundären Kanäle zu erzielen, und einer zweiten Position, die den Strömungsmitteldurchfluß durch die sekundären Kanäle begrenzt, verschiebbar ist.

14. Turbolader nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandvorrichtung einen Teil der radialen inneren Begrenzung der primären Pfade am stromaufwärts gelegenen Ende des schnefcenförmigen Teiles schließt.

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15. Turbolader nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung eine Hülse aufweist, die an dem Turbinengehäuse längs der sekundären Kanäle befestigt ist, und Durchflußöffnungen besitzt, die in jedem der Kanäle angeordnet sind, damit ein Strömungsmitteldurchfluß durch die Hülse und die sekundären Kanäle ermöglicht wird, und daß ein Ventileinsatz vorgesehen ist, der beweglich innerhalb der Hülse zum selektiven Steuern des Strömungsmitteldurchflusses durch die Durchflußöffnungen aufgenommen ist.

16. Turbolader nach Anspruch 13, dadurch gekennzeicnet, daß die
Ventilvorrichtung eine Vorrichtung besitzt, die in beiden sekundären Kanälen angeordnet ist, um gesteuert und gemeinsam die sekundären Kanäle für den Strömungsmitteldurchfluß zu öffnen und zu begrenzen.

17. Turbolader mit einem Kompressor und einer durch Strömungsmittel angetriebenen Turbine, die antriebsmäßig mit dem Kompressor
gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine ein Turbinengehäuse mit einem Strömungsmitteleinlaßteil und einem schneckenförmigen Teil, eine radial nach innen verlaufende meridionale Trennwand, die den Einlaß und den schneckenförmigen Teil in zwei axial versetzte primäre Strömungsmitteldurchflußpfade unterteilt, eine
Wandvorrichtung zum Schließen eines Teiles der radial inneren Begrenzung der primären Pfade und mit einer Vorrichtung, die sich in radialer !Richtung von dort nach innen erstreckt und zwei radial
nach innen offene sekundäre Durchflußkanäle bildet, und eine Ventilvorrichtung aufweist, die längs eines jeden der sekundären Kanäle angeordnet ist und die steuerbar zwischen einer ersten Position,
die die sekundären Kanäle in den Strömungsmittelefcfluß in entsprechenden der primären Pfade öffnet, um einen Strömungsmittelfluß
durch die primären Pfade und die sekundären Pfade zu ermöglichen, und einer zweiten Position, die den Strömungsmittelfluß durch die sekundären Kanäle gleichförmig begrenzt, beweglich ist.

18. Turbinengehäuse für eine Turbomaschine mit einem Strömungsmitteleinlaßteil, gekennzeichnet durch einen schneckenförmigen

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Teil, der sich an den Einlaßteil anschließt, eine radial nach, innen gerichtete meridionale Trennwand, die sich längs des Einlasses -und der schneckenförmigen Teile erstreckt, damit zwei axial versetzte primäre Strömungsmitteldurchflußpfade entstehen, eine Wandvorrichtung zum Schließen eines Teiles der radial inneren Begrenzung der primären Pfade und zum Festlegen eines radial nach innen offenen sekundären Durchflußpfades, und eine Ventilvorrichtung, die steuerbar zwischen einer ersten Position, die den sekundären Pfad in die primären Pfade öffnet, um einen Strömungsmitteldurchfluß durch die primären und sekundären Pfade zu ermöglichen und einer zweiten Position, die den Strömungsmitteldurchfluß durch den sekundären Pfad begrezt, beweglich ist.

19. Turbinengehäuse nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,

daß die Wandvorrichtung eine radial nach innen verlaufende meridionale Trennwand aufweist, die den sekundären Durchflußpfad in zwei im wesentlichen gleiche sekundäre Durchflußkanäle teilt, wobei die sekundären Durchflußkanäle mit entsprechenden der primären Pfade in Verbindung stehen.

20. Turbinengehäuse nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung eine Hülse (Schieber) aufweist, die am Turbinengehäuse längs der sekundären Kanäle befestigt ist und Durchflußöffnungen besitzt, die in jedem der Kanäle angeordnet sind, um einen Strömungsmitteldurchfluß durch die Hülse und die sekundären Kanäle zu ermöglichen, und daß ein Ventileinsatz vorgesehen ist, der beweglich innerhalb der Hülse aufgenommen ist, um selektiv den Strömungsmitteldurchfluß durch die Durchflußöffnungen zu steuern.

21. Turbinengehäuse nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung eine Vorrichtung besitzt, die in beiden sekundären Kanälen angeordnet ist, um gesteuert und gemeinsam die sekundären Kanäle zum Strömungsmitteldurchfluß zu öffnen und zu begrenzen.

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22. Turbinengehäuse für eine Turbomas chine mit einem Strömungsmitteleinlaßteil, gekennzeichnet durch einen schneckenförmigen Teil, der sich an den Einlaßteil anschließt, eine radial nach innen gerichtete meridionale Trennwand, die sich längs der Einlaß- und schneckenförmigen Teile erstreckt, um zwei axial versetzte primäre Strömungsmitteldurchflußpfade auszubilden, eine Vorrichtung, die zwei relativ kurze, in radialer Eichtung nach innen offene sekundäre Strömungsmitteldurchflußpfade bildet, und eine Ventilvorrichtung, die längs eines jeden der sekundären Kanäle angeordnet und in gesteuerter Weise zwischen einer ersten Position, die die sekundären Kanäle in den Stromungsmxttelfluß in entsprechenden der primären Pfaden öffnet, damit ein Strömungsmitteldurchfluß durch die primären Pfade und die sekundären Kanäle erzielt wird, und einer zweiten Position, die in gleichförmiger Weise den Strömungsmitteldurchfluß durch die sekundären Kanäle begrenzt, beweglich ist.

23. Einrichtung zur Veränderung der Geometrie des Strömungsmitteldurchflusses in einem meridional unterteilten Turbinengehäuse mit zwei in axialer Richtung versetzten primären Strömungsmitteldurchflußpfaden, die längs eines Strömungsmitteleinlaßteiles und eines schneckenförmigen Teiles angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, die einen relativ kurzen in raidialer Richtung nach innen offenen sekundären Strömungsmitteldurchflußpfad bildet, der in die primären Pfade öffnet, und eine Ventilvorrichtung, die längs des sekundären Pfades angeordnet ist und in gesteuerter Weise zwischen einer ersten Position, die den sekundären Pfad für einen Strömungsmitteldurchfluß durch die primären und die sekundären Pfade öffnet, und einer zweiten Position, die den Strömungsmitteldurchfluß durch den sekundären Pfad begrenzt, beweglich ist.

24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die den sekundären Pfad bildende Vorrichtung eine Wandvorrichtung zum Schließen eines Teiles der radial inneren Begrenzung der primären Pfade bildet und eine radial nach innen verlaufende Trennwand aufweist, die zwei radial nach innen offene sekundäre Kanäle festlegt, welche in entsprechende primäre Pfade öffnen.

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25- Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung eine in beiden sekundären Kanälen angeordnete Vorrichtung aufweist, die das öffnen und Begrenzen der sekundären Kanäle zum Strömungsmitteldurchfluß gemeinsam steuert.

26. Verfahren zur Steuerung des Strömungsmitteldurchflusses durch ein Turbinengehäuse mit einem Strömungsmitteleinlaßteil und einem schneckenförmigen Teil, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und die schneckenförmigen Teile mit einer radial nach innen verlaufenden meridionalen Trennwand unterteilt werden, damit zwei in axialer Richtung versetzte primäre Durchflußpfade gebildet werden, daß die radiale innere Begrenzung eines Teiles der primären Pfade geschlossen wird, um einen radial nach innen offenen sekundären Durchflußpfad in Verbindung mit den Primärpfaden zu bilden, und daß die Venti!vorrichtung längs des sekundären Pfades zwischen einer ersten Position, die den sekundären Pfad öffnet, um einen Strömungsmitteldurchfluß durch die primären und sekundären Pfade zu bilden, und einer zweiten Position, die den Strömungsmitteldurchfluß durch den sekundären Pfad begrenzt, verschiebbar ist.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der sekundäre Pfad in zwei im wesentlichen gleiche sekundäre Kanäle in Verbindung mit entsprechenden der Primärpfade meridional unterteilt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung so eingestellt wird, daß sie in gesteuerter Weise die sekundären Kanäle miteinander öffnet und schließt.

29. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließen in der Weise vorgenommen wird, daß ein Teil der radial inneren Begrenzung der primären Pfade am stromaufwärts gelegenem Ende des schneckenförmigen Teiles geschlossen wird.

30. Verfahren zur Steuerung des Strömungsmitteldurchflusses durch ein Turbinengehäuse mit einem Strömungsmitteleinlaßteil und einem

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schneckenförmigen Teil, dadurch, gekennz-eichnet, daß die Einlaß- und die schneckenförmigen Teile mit einer radial nach, innen verlaufenden meridionalen Trennwand unterteilt werden, um zwei in axialer Richtung versetzte primäre Durchflußpfadeauszubilden, daß die radial innere Begrenzung eines Teiles der primären Pfade geschlossen wird, um ein Paar von radialen, nach innen offenen sekundären Durchflußkanälen in Verbindung mit entsprechenden primären Pfaden zu bilden, und daß die Ventilvorrichtung, die in den sekundären Kanälen zwischen einer ersten Position, die die sekundären Kanäle zum Strömungsmitteldurchfluß öffnet, um einen Strömungsmitteldurchfluß durch die primären Pfade und die sekundären Kanäle zu erzielen, und einer zweiten Position, die den Strömungsmitteldurchfluß durch die sekundären Kanäle begrenzt, in gesteuerter Weise eingestellt wird.

31. Verfahren zur Veränderung der Geometrie des Strömungsmitteldurchflusses in einem meridional unterteilten Turbinengehäuse mit zwei in axialer Richtung versetzten primären Strömungsmitteldurchflußpfaden, die längs eines Strömungsmitteleinlaßteiles und eines schneckenförmigen Teiles ausgebildet and, dadurch gekennzeichnet, daß ein verhältnismäßig kurzer, radial nach innen offener sekundärer Strömungsmitteldurchflußpfad ausgebildet wird, der mit den primären Pfaden in Verbindung steht, und daß die Ventilvorrichtung längs des sekundären Pfades zwischen einer ersten Position, die den sekundären Pfad öffnet, damit ein Strömungsmitteldurchfluß durch die primären und sekundären Pfade ermöglicht wird, und einer zweiten Position, die den Strömungsmitteldurchfluß durch den sekundären Pfad begrenzt, in gesteuerter Weise eingestellt wird.

32. 'Verfahren nach Anspruch 3I, dadurch gekennzeichnet, daß zwei radial nach innen offene sekundäre Durchflußkanäle längs des sekundären Pfades ausgebildet werden, wobei die sekundären Kanäle in Verbindung mit entsprechenden primären Pfaden stehen.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung so eingestellt wird, daß sie in gesteuerter Weise de sekundären Kanäle miteinander öffnet und begrenzt.

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