DE60024879T2 - Turbolader mit verstellbaren leitschaufeln - Google Patents

Turbolader mit verstellbaren leitschaufeln Download PDF

Info

Publication number
DE60024879T2
DE60024879T2 DE60024879T DE60024879T DE60024879T2 DE 60024879 T2 DE60024879 T2 DE 60024879T2 DE 60024879 T DE60024879 T DE 60024879T DE 60024879 T DE60024879 T DE 60024879T DE 60024879 T2 DE60024879 T2 DE 60024879T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
crankshaft
vanes
slots
housing
piston
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60024879T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60024879D1 (de
Inventor
Don Steven Arnold
Voytek Kanigowski
Kevin Slupski
P. Steven MARTIN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honeywell International Inc
Original Assignee
AlliedSignal Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AlliedSignal Inc filed Critical AlliedSignal Inc
Publication of DE60024879D1 publication Critical patent/DE60024879D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60024879T2 publication Critical patent/DE60024879T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/22Control of the pumps by varying cross-section of exhaust passages or air passages, e.g. by throttling turbine inlets or outlets or by varying effective number of guide conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/165Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/40Application in turbochargers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Turbolader mit verstellbaren Turbineneinlassgeometrien. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung eine vereinfachte strukturelle Anordnung zur Positionierung mehrerer aerodynamischer Leitschaufeln in der Einlassdüse des Turbinengehäuses und ein integriertes Stellglied zur Steuerung der Leitschaufelposition bereit.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • Bei einem Turbolader ist es oftmals wünschenswert, den Abgasstrom in die Turbine zu steuern, um den Wirkungsgrad oder den Betriebsbereich zu verbessern. Es sind verschiedene Konfigurationen von verstellbaren Düsen eingesetzt worden, um den Abgasstrom zu steuern. Ein erfolgreich in vorbekannten Turboladern verwendeter Lösungsansatz sind mehrere Schwenkleitschaufeln, die ringförmig um den Turbineneinlass angeordnet sind und gemeinsam gesteuert werden, um den Halsbereich der Durchgänge zwischen den Leitschaufeln zu ändern. In den US-PS 4,679,984 von Swihart et al. mit dem Titel „Actuation System for Variable Nozzle Turbine" und 4,804,316 von Fleury mit dem Titel „Suspension for the Pivoting Vane Actuation Mechanism of a Variable Nozzle Turbocharger", die die gleiche Rechtsnachfolgerin wie die vorliegende Anmeldung haben, werden verschiedene Lösungsansätze für dieses Verfahren zur Implementation einer verstellbaren Düse offenbart.
  • Insbesondere offenbart die US 4,679,984 einen Turbolader mit einer verstellbaren Leitschaufelanordnung. Mehrere schwenkbare Leitschaufeln sind zwischen der Turboladermontageplatte und dem Verstellring auf einer Seite und einer von dem Turbinengehäuse unabhängigen ringförmigen Seitenwand auf der anderen Seite angebracht. Jede Leitschaufel enthält einen Antriebszapfen, der die Leitschaufel als Reaktion auf eine Drehbewegung des Verstellrings schwenkt. Um dies zu erreichen, weist der Verstellring mehrere Schlitze an seiner radialen Innenfläche auf, die jeweils einen Leitschaufelantriebszapfen aufnehmen.
  • Obgleich Turbolader mit verstellbarer Düse mit mehreren Leitschaufeln den Gesamtwirkungsgrad und das Vermögen von Turboladern bedeutend verbessert haben, hat die Komplexität von Trag- und Betätigungskonstruktionen für die Leitschaufeln die Herstellungskosten erhöht und gelegentlich auch Wartungsprobleme verursacht. Deshalb ist es wünschenswert, die Komplexität und die Anzahl von Teilen von strukturellen Anordnungen mit verstellbarer Düse zu verringern und die Betätigungssysteme zu verbessern, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen und die Herstellungskosten von diese einsetzenden Turboladern zu verringern.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Turbolader mit verstellbaren Leitschaufeln gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Turbinengehäuse mit einem standardmäßigen Einlass für Abgas und einem Auslass zum Abgassystem des Motors. Ein Diffusor ist am Einlass angeschlossen und eine integrale äußere Düsenwand ist neben dem Diffusor im Turbinengehäusegussteil enthalten. Ein Mittelgehäuse ist am Turbinengehäuse befestigt. Eine mittlere Bohrung im Mittelgehäuse trägt eine Lageranordnung. Ein Kompressorgehäuse mit einem Lufteinlass und einem Druckluftauslass ist am Mittelgehäuse befestigt.
  • Ein Turbinenrad wird im Turbinengehäuse getragen und ist an einer sich durch das Mittelgehäuse erstreckenden Welle angebracht, die von der Lageranordnung gestützt wird. Die Welle ist distal zu dem Turbinenrad an einem Kompressorlaufrad angebracht, das in dem Kompressorgehäuse getragen wird.
  • Mehrere Leitschaufeln mit Drehstäben, die sich von einer ersten, zu der äußeren Düsenwand im Wesentlichen parallelen Fläche weg erstrecken, stellen die variable Düse bereit. Die Stäbe werden in in Umfangsrichtung beabstandeten Öffnungen in der äußeren Düsenwand aufgenommen. Weiterhin weisen die Leitschaufeln Betätigungsnasen auf, die sich von der gegenüberliegenden (das heißt zweiten), zur ersten Fläche distalen Fläche der Leitschaufeln erstrecken. Ein Verstellring steht zwischen dem Mittelgehäuse und den Leitschaufeln in Eingriff, wobei der Verstellring mehrere profilierte Schlitze aufweist, deren Anzahl gleich der Anzahl der Leitschaufeln ist. Die Schlitze sind schräg zu einem Umfang des Verstellrings ausgerichtet und nehmen die Nasen auf. Die profilierten Flächen der Schlitze nehmen während der translatorischen Verschiebung die im Wesentlichen flachen Seiten der Nasen an verschiedenen Flächen in Eingriff, um eine optimale Steuerung und Verschleißverminderung zu gewährleisten, wobei die Schlitze so konfiguriert sind, dass sie zwischen den im Wesentlichen flachen Seiten und den Innenflächen der Schlitze einen verlängerten Eingriff bereitstellen.
  • Die Betätigung des Verstellrings erfolgt durch einen radialen Schlitz im Verstellring und eine Kurbelwelle mit einem in den radialen Schlitz eingreifenden Ring. Die Kurbelwelle ist aus einer ersten Position in eine zweite Position kontinuierlich beweglich, wodurch bewirkt wird, dass sich der Stift im radialen Schlitz translatorisch bewegt und eine Kraft senkrecht zum radialen Schlitz ausübt, um eine Drehbewegung des Verstellrings zu erzwingen. Die Drehbewegung des Verstellrings bewirkt, dass die Nasen die Betätigungsschlitze von einem ersten Ende des Schlitzes zu einem zweiten Ende des Schlitzes durchqueren. Die schräge Ausrichtung der Schlitze verursacht eine stufenlos variable Drehung der Leitschaufeln aus einer ersten, geöffneten Position in eine zweite, geschlossene Position. Vorzugsweise weisen die Betätigungsschlitze ein Profil auf, das zur Bereitstellung eines maximalen Eingriffs einer ersten Seite jeder Nase mit der am ersten Ende und am zweiten Ende des Schlitzes angeordneten Nase und eines maximalen Eingriffs einer zweiten Seite jeder Nase mit der im Schlitz zwischen dem ersten und dem zweiten Ende angeordnete Nase ausgelegt ist.
  • Ein integrales hydraulisches Stellglied stellt in der Regel den Betätigungsmechanismus für die Kurbelwelle bereit. Das in einer Nabe im Mittelgehäuse angebrachte Stellglied verwendet einen Kolben und eine durch eine Zahnstange an der Kurbelwelle zur Positionssteuerung der Leitschaufeln befestigte Kolbenstange. Durch ein elektromagnetgesteuertes Mehrwegeventil mit direkter Rückkopplung durch einen neben dem Ritzel an der Kurbelwelle angebrachten Mitnehmer wird hydraulischer Druck zur Betätigung des Kolbens geliefert.
  • Insbesondere umfasst das im Turbolader mit verstellbaren Leitschaufeln gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltende bewegbare Mittel vorzugsweise ein integral mit dem Mittelgehäuse ausgebildetes hydraulisches Stellglied, das einen Kolben aufweist, der zur Hin- und Herbewegung senkrecht zur Kurbelwelle in einer integral im Mittelgehäuse gegossenen Nabe aufgenommen wird. Eine Kolbenstange ist am Kolben an einem ersten Ende befestigt. Des Weiteren ist ein Mittel zur Befestigung der Kolbenstange an der Kurbelwelle enthalten, wobei das Befestigungsmittel eine Hin- und Herbewegung der Stange in eine Drehbewegung der Welle umwandelt. Darüber hinaus umfasst das hydraulische Stellglied ein Mittel zum steuerbaren Verstellen von hydraulischem Druck auf einander gegenüberliegenden Seiten des Kolbens, um eine Bewegung aus einer ersten Position, die der ersten Position der Kurbelwelle entspricht, in eine zweite Position, die der zweiten Position der Kurbelwelle entspricht, einzuleiten.
  • Besonders bevorzugt umfasst das oben beschriebene Befestigungsmittel zur Befestigung der Kolbenstange an der Kurbelwelle eine Zahnstange an der Kolbenstange und ein Ritzel auf der Kurbelwelle.
  • Des Weiteren umfasst das oben beschriebene Mittel zur steuerbaren Verstellung des hydraulischen Drucks vorzugsweise einen hydraulischen Ventilschaft mit mehreren Öffnungen, der durch einen durch eine Vorbelastungsfeder im Gleichgewicht stehenden Elektromagneten mit variablem Strom bewegbar ist. Darüber hinaus umfasst das Verstellmittel eine hydraulische Druckquelle in Verbindung mit einer ersten Öffnung, wenn sich der Schaft in einer ersten Position befindet, und einer zweiten Öffnung, wenn sich der Schaft in einer zweiten Position befindet, und des Weiteren einen hydraulischen Abfluss in Verbindung mit einer dritten Öffnung, wenn sich der Schaft in der ersten Position befindet, und einer vierten Öffnung, wenn sich der Schaft in der zweiten Position befindet. Des Weiteren ist in dem Verstellmittel eine erste Leitung in Verbindung mit einer ersten Seite des Kolbens und in Verbindung mit der ersten Öffnung, wenn sich der Schaft in der ersten Position befindet, und der vierten Öffnung, wenn sich der Schaft in der zweiten Position befindet, enthalten. Weiterhin ist eine zweite Leitung in Verbindung mit einer zweiten Seite des Kolbens und in Verbindung mit der dritten Öffnung, wenn sich der Schaft in der ersten Position befindet, und der zweiten Öffnung, wenn sich der Schaft in der zweiten Position befindet, enthalten. Schließlich ist im Verstellmittel weiterhin ein an der Kurbelwelle angeordneter Mitnehmer enthalten, der mit der Vorbelastungsfeder in Wirkeingriff steht.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der Turbolader mit verstellbaren Leitschaufeln Betätigungsschlitze, die nicht durchgehend sind, und weiterhin einen ringförmigen Kanal in dem Mittelgehäuse, der den Verstellring eng aufnimmt, und ein Mittel zur Zuführung von Druckluft zu dem Kanal, um den Verstellring in engen Kontakt mit der zweiten Fläche der Leitschaufeln zu drängen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der ausführlichen Beschreibung und Zeichnungen besser verständlich; in den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine auseinander gezogene Ansicht einer Ausführungsform eines Turboladers gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Seitenansicht des Turbinengehäuses, des Mittelgehäuses und der Kompressormontageplatte mit Turbinenwellenradanordnung und Kompressorlaufrad, die von dem Lagersystem gestützt werden;
  • 3 eine Endschnittansicht durch das Mittelgehäuse, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die eine integrale Betätigungsventilanordnung umfasst;
  • 4 eine Teilansicht einer alternativen Ventilkolbenanordnung;
  • 5a eine Ansicht entlang der Linie G-G von 3, wobei die 5b–c Schnittansichten der sich vom Betätigungsventil zu dem die Düsenleitschaufeln in Eingriff nehmenden Verstellring erstreckenden Kurbelwellenanordnung bereitstellen;
  • 6a–e Endansichten des Verstellrings und der Düsenleitschaufeln, die die variablen Leitschaufelpositionen und die strukturelle Betätigungsanordnung zeigen;
  • 7 eine umgekehrte Endansicht einer alternativen Ausführungsform des Verstellrings, die eine nicht durchgehende Aussparungsausführung zum Druckausgleich zeigt;
  • 8 eine schematische Seitenansicht des Verstellrings von 7 und von im Turbinengehäuse angebrachten Leitschaufeln zur Darstellung des Druckausgleichs zur Leitschaufeltoleranzssteuerung; und
  • 9a–e schematische Seitenansichten der Betätigungsventilöffnungs- und Kolbenkonstruktion zur Steuerung der Leitschaufelposition.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Auf die Zeichnungen Bezug nehmend, enthält die in 1 gezeigte erfindungsgemäße Ausführungsform ein Kompressorgehäuse 10, das unter Verwendung von zwei oder mehr durch Schrauben 16 befestigten Klemmen 14 mit einer Montageplatte 12 verbunden ist. Die Montageplatte ist mit mehreren Schrauben 20 und einem Dichtungsring 22 am Mittelgehäuse 18 angebracht. Ein Turbinengehäuse 24 ist unter Verwendung von mehreren durch Schrauben 28 befestigten Klemmen 26 mit dem Mittelgehäuse verbunden. Ein Turbinenrad und eine Wellenanordnung 30 werden im Turbinengehäuse getragen. Abgas oder ein anderes hochenergetisches Gas, das den Turbolader versorgt, tritt durch den Einlass 32 in das Turbinengehäuse ein und wird durch den Diffusor im Turbinengehäuse für einen im Wesentlichen radialen Eintritt in das Turbinenrad durch einen Umfangsdüseneinlass 34 verteilt.
  • Mehrere Leitschaufeln 36 sind unter Verwendung von Stäben 40, die sich von den Leitschaufeln zum Dreheingriff mit Löchern 42 in einer Düsenwand erstrecken, an dieser maschinell im Turbinengehäuse herausgearbeiteten Düsenwand 38 angebracht. Betätigungsnasen 44 erstrecken sich von den Leitschaufeln und greifen in Schlitze 46 im Verstellring 48 ein, der als die zweite Düsenwand wirkt. Die Konfiguration der Nasen, Schlitze und des Verstellrings wird anschließend näher erläutert. Eine Stellgliedkurbel 40 schließt an einem ersten Ende in einem Hebelarm 52 ab, der einen Stift 54 zur Ineingriffnahme eines elliptischen Schlitzes 56 im Verstellring zur Drehung des Rings, wie später erläutert, trägt. Die Kurbel erstreckt sich durch eine Buchse 60 und ein Zahnrad 62, das durch einen Stift 64 an der Kurbel befestigt und in einem Endlager 66 aufgenommen ist, das mit einer Öffnung 68 in der Kurbelnabel zusammengefügt ist, in eine Nabe 58 im Mittelgehäusegussteil. Ein O-Ring 70 dichtet das Endlager ab, und ein Schnappring 72 befestigt das Endlager in der Öffnung 68.
  • Ein Lagersystem mit zwei Zapfenlagern 74 und einem Laberabstandshalter 76 stützen die Wellenradanordnung in der mittleren Bohrung 78 des Mittelgehäuses. Des Weiteren erstreckt sich die Welle durch einen Druckring 80, der ein zwischen dem Mittelgehäuse und der Kompressormontageplatte getragenes Drucklager 82 in Eingriff nimmt. Ein Kolbenring 84 dichtet den Druckring gegen die Wellenbohrung in der Montageplatte ab. Die Aufstapelung der Wellenradanordnung im Turbinengehäuse, des Mittelgehäuses und der Montageplatte ist am besten in 2 zu sehen. Der Verstellring und die Leitschaufel sind der Übersicht halber nicht gezeigt. Das Kompressorlaufrad 160 ist an der Wellenradanordnung befestigt.
  • Wieder auf 1 Bezug nehmend, ist das integrierte Stellglied für den Turbolader in einer Stellgliednabe 82 im Gussteil des Mittelgehäuses 18 untergebracht. Ein Magnetventil 84 ist in einer Öffnung an einem Ende der Nabe angebracht, während die Betätigungskomponenten in einer zweiten Öffnung am gegenüberliegenden Ende der Nabe angebracht sind. Die Betätigungskomponenten enthalten einen Kolben 86, der eine Stange 88 mit einer Zahnstange 90 enthält, die das auf der Kurbelwelle 50 angebrachte Zahnrad 62 in Eingriff nimmt. Eine Ringdichtung 92 umgibt den Kolbenumfang und dichtet den Kolben in der Bohrung der Stellgliednabe ab. Zusätzliche Ringdichtungen 94 und 96 dichten die Kolbenstange gegen eine Stangenbohrung kleineren Durchmessers als die Kolbenbohrung ab. Die Kolbenbohrung ist abgedichtet, wobei ein Kolbenende 98 mit einem Schnappring 100 in der Bohrung gehalten wird. Eine Schraube 102 ist in einem Gewindeloch im Kolbenende zur Verwendung bei der Betätigung des Kolbenendes eingesetzt. Eine zusätzliche Ringdichtung 104 dichtet das Kolbenende gegen die Bohrung ab. Als Alternative dazu wird ein Frostschutzstopfen 106 als Ersatz für das Kolbenende eingesetzt. Das Magnetventil ist mit einer durch eine Schraube 110 gehaltenen Halterung 108 an der Nabe befestigt. Bohrungsstopfen 112 und 114 dichten die Sackenden von Betätigungsdurchgängen in der Stellgliednabe ab, während Stahlkugeln 116 zur Abdichtung anderer Betätigungsdurchgänge, die anschließend ausführlicher beschrieben werden, eingesetzt werden.
  • 2 ist eine Seitenansicht des Turboladers, die das montierte Turbinengehäuse, Mittelgehäuse und die Kompressormontageplatte mit der Turbinenwellenradanordnung und dem Kompressorlaufrad, die von der Lageranordnung gestützt werden, zeigt.
  • 3 ist eine Endschnittansicht durch die Stellgliednabe und die montierten Komponenten. 4 zeigt die alternative Frostschutzstopfenanordnung zur Abdichtung der Kolbenbohrung.
  • Wie am besten in 2 zu sehen, enthält das Mittelgehäuse einen Hauptgussteil und eine Turbinengehäusemontageplatte 120 zur Befestigung des Mittelgehäuses am Turbinengehäuse mit Schrauben, wie zuvor beschrieben. 5a ist eine Schnittansicht, die die Kurbelwellenanordnung mit der Buchse 60 des Zahnrads 62, die im Hauptgussteil des Mittelgehäuses angebracht ist, wobei sich die Kurbelwelle über den Luftspalt zwischen dem Hauptgussteil und der Turbinengehäusemontageplatte und in eine Öffnung in der Montageplatte erstreckt. 5b zeigt die Einzelheiten der Kurbelwellendichtungsanordnung in der Montageplattenöffnung. Eine erste metallische Ringdichtung 122 mit einem ersten Durchmesser wird zur Abdichtung eines Innendurchmessers der Öffnung 124 verwendet, während eine zweite metallische Ringdichtung 126 in Kombination mit der ersten Dichtung verwendet wird, um einen zweiten, größeren Durchmesser 128 der Öffnung abzudichten. Diese Anordnung gestattet weitere Abdichtung bei ungleichmäßiger Wärmeausdehnung des Hauptgussteils und der Montageplatte im Betrieb. 5b zeigt die Konfiguration im Betrieb, wobei die Temperatur der Montageplatte den Hauptteil mit sich ergebender größerer Ausdehnung übertrifft, während 5c die Anordnung mit Nenntoleranz bei einer gemeinsamen Temperatur für den Hauptgussteil und die Montageplatte zeigt.
  • Die Düsenleitschaufeln 36 in der Turbineneinlassdüse werden durch den Verstellring 48 betätigt. 6a zeigt den Verstellring, der von dem Endstift 54 der Kurbelwelle 50 in einem radialen Schlitz 130 in Eingriff genommen wird. Durch Drehung der Kurbelwelle wird bewirkt, dass der versetzte Endstift den radialen Schlitz durchquert, was zu einer Drehung des Verstellrings führt. Die Leitschaufeln, die zur Drehung an Zapfen 40 angebracht sind, welche sich in Aufnahmelöcher 42 in der Düsenwand des Turbinengehäuses erstrecken, weisen Führungsnasen 132 auf, die in den Schlitzen 46 im Verstellring aufgenommen werden. Während sich der Verstellring dreht, bewirkt die Bewegung der Schlitze, dass sich die Nasen von einem Ende des Schlitzes zum anderen bewegen, was zu einer Drehung der Leitschaufeln aus einer ersten, ganz geöffneten Position, über eine in 6a gezeigte neutrale Position in eine ganz geschlossene Position führt. 6b zeigt als Durchsicht die ganz geöffnete, die neutrale und die ganz geschlossene Position der Leitschaufeln mit Nasenpositionierung in den Schlitzen. 6c ist eine vergrößerte Ansicht des Verstellringschlitzes, wobei die Nase in mehreren Positionen gezeigt wird. Die Nase weist im Wesentlichen flache Seiten 134 und 136 auf, die für einen verlängerten Eingriff der Schlitzwand durch die Nase führen, um Punktverschleiß an der Nase zu verringern. Das Profil des Schlitzes, der nicht rein oval ist, ist zur Bereitstellung eines maximalen Eingriffs mit der Nase ausgelegt, während die erste Seite 134 der Nase am offenen und geschlossenen Endpunkt mit maximaler Fläche und die zweite Seite 136 während der Zwischenpositionierung der Leitschaufeln in Eingriff genommen werden.
  • Bei der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsform zeigt 6d die ganz geöffnete und die ganz geschlossene Position der Leitschaufeln. Es wird eine Drehung der Leitschaufeln von 22 Grad bereitgestellt.
  • Bei gewissen Anwendungen ist ein Druckausgleich der Befestigung der Leitschaufeln in der Düse wünschenswert. 7 zeigt eine Ausführungsform des Verstellrings 48, die nicht durchgehende Schlitze 46 enthält, während eine nicht durchgehende Aussparung 138 auf der Rückseite des Rings mit in die Aussparung hineingearbeiteten Drucköffnungen 140 bereitgestellt wird. 8 ist ein Detailseitenschnitt des die Leitschaufeln in der Düse in Eingriff nehmenden ausgesparten Verstellrings. Bei der gezeigten Anordnung wird der ausgesparte Rückteil 138 des Verstellrings durch den durch Tolerierung des Montagekanals 144 in der Montageplatte 120 vorgesehenen Spalt 142 durch die Öffnungen 140 mit Druck des in die Düse eintretenden Abgases beaufschlagt. Als Alternative dazu wird durch die Montageplatte ein Zufuhrloch 14 in den Verstellringmontagekanal nahe der Position der Öffnungen 144 vorgesehen. Gesamtdruck des Abgases drückt den Verstellring gegen die Leitschaufeln, die wiederum gegen die Düsenfläche 38 im Turbinengehäuse gedrückt werden. Die die Leitschaufelzapfen 40 aufnehmenden Löcher 42 sind mit ausreichender Tiefe vorgesehen, damit die Leitschaufeln in engem Kontakt mit der Düsenfläche und dem Verstellring für minimale Leitschaufelleckage gehalten werden können.
  • Die Betätigung der Leitschaufeln wird durch das Magnetventil 84 und die zuvor beschriebenen Betätigungskomponenten eingeleitet. Die 9a bis 9e zeigen die verschiedenen Stadien des Betätigungskolbens 86 und seiner Kolbenstange 88, die über die Zahnstange 90 das Zahnrad 62 antreibt. Das Magnetventil wird durch eine Feder 150 mit einer eine im Zahnradkörper herausgearbeitete Kurve 154 in Eingriff nehmenden Kappe 152 beaufschlagt. Dann werden verschiedene, später beschriebene Öffnungen geöffnet und geschlossen, wodurch der Kolben hydraulisch positioniert wird, der durch den mechanischen geschlossenen Kreis des Zahnstangenmechanismus für eine Zwangssteuerung der Position der Kurbelwelle und deshalb des Verstellrings sorgt.
  • Das Magnetventil ist ein hydraulisches Proportionalservo-4-Wege-Stellgliedsteuerventil. Wie in 9a gezeigt, ist, wenn der Elektromagnet nicht mit Strom versorgt wird, Öffnung A geöffnet, Öffnung B (oberes Ende des Kolbens) wird mit der Ablauföffnung D verbunden. Wie in 9b gezeigt, wird, wenn Öldruck von dem Motor angelegt wird, an dem der Turbolader montiert ist, Öldruck direkt durch die Öffnung A in den Boden des Kolbens geleitet, wodurch die Leitschaufeln in eine ganz geöffnete Position platziert werden. Wenn an dem Elektromagneten Strom angelegt wird, wird Öffnung A geschlossen, Öffnung A (Boden des Kolbens) wird mit dem Ablauf verbunden, Öffnung B öffnet sich und Öldruck wird zum oberen Ende des Kolbens geleitet, wodurch sich der Kolben nach links bewegt und damit beginnt, die Leitschaufeln zu schließen.
  • 9c zeigt den Zustand der Betätigungssysteme mit einem geringen Ausgleichszustandstrom im Elektromagneten. Öffnung A ist geschlossen, Öffnung B ist geschlossen, und die Leitschaufeln werden als Funktion des angelegten Stroms positioniert. 9d zeigt, dass, wenn der Ström vergrößert wird, Öffnung B geöffnet wird und Öldruck zum oberen Ende des Kolbens leitet. Öffnung A ist mit dem Ablauf verbunden, und der Kolben bewegt sich nach links, wobei sich die Leitschaufeln in die Schließrichtung bewegen. Nach einer endlichen Zeit stabilisiert sich das System in einem ausgeglichenen Zustand mit großem Strom, wie in 5e gezeigt, wobei Öffnung A und Öffnung B geschlossen sind und die Leitschaufeln als eine Funktion des angelegten Stroms positioniert werden. Wenn voller Strom an den Elektromagneten angelegt wird, wird Öffnung B geschlossen, wobei Öldruck zum oberen Ende des Kolbens geleitet wird, während Öffnung A mit dem Ablauf verbunden wird und sich der Kolben nach links bewegt, bis eine ganz geschlossene Leitschaufelposition erreicht ist. Ist kein Strom am Elektromagneten angelegt, dann kehrt das Betätigungssystem in den in 9a gezeigten Zustand zurück, wobei die Leitschaufeln ganz geöffnet sind.
  • Nachdem die Erfindung nun, wie durch das Patentgesetz erfordert, vollständig beschrieben worden ist, sind Fachleute in der Lage, Modifikationen und Änderungen an den hier offenbarten speziellen Ausführungsformen aufzuzeigen. Solche Modifikationen und Änderungen liegen im Schutzbereich der Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert wird.

Claims (6)

  1. Turbolader mit verstellbaren Leitschaufeln, mit: einem Turbinengehäuse (24) mit einem Einlass (32) für Abgas und einem Auslass, einem an dem Einlass angeschlossenen Diffusor und einer an dem Diffusor angrenzenden, integralen äußeren Düsenwand (38), einem Mittelgehäuse (18), das an dem Turbinengehäuse angebracht ist und eine mittlere Bohrung (68) aufweist, die eine Lageranordnung trägt, einem Kompressorgehäuse (10) mit einem Lufteinlass und einem Druckluftauslass, wobei das Kompressorgehäuse (10) an dem Mittelgehäuse (18) angebracht ist, einem Turbinenrad (30), das in dem Turbinengehäuse (24) getragen wird und an einer sich durch das Mittelgehäuse (18) erstreckenden welle angebracht ist, die von der Lageranordnung gestützt wird, wobei die Welle distal zu dem Turbinenrad (30) an einem Kompressorlaufrad (160) angebracht ist, das in dem Kompressorgehäuse (10) getragen wird, mehreren Leitschaufeln (36) mit Drehstäben (40), die sich von einer ersten, zu der äußeren Düsenwand im Wesentlichen parallelen Fläche weg erstrecken, wobei die Stäbe in in Umfangsrichtung beabstandeten Öffnungen (42) in der äußeren Düsenwand aufgenommen sind, wobei die Leitschaufeln weiterhin Betätigungsnasen (44) aufweisen, die sich von einer zweiten, zur ersten Fläche distalen Fläche der Leitschaufeln weg erstrecken, einem Verstellring (48) zwischen dem Mittelgehäuse und den Leitschaufeln, wobei der Verstellring mehrere Schlitze aufweist, deren Anzahl gleich der Anzahl der Leitschaufeln ist, wobei die Schlitze schräg zu einem Umfang des Verstellrings ausgerichtet sind und die Nasen aufnehmen, wobei der Verstellring weiterhin einen radialen Schlitz (56) aufweist, einer Kurbelwelle (50) mit einem Stift (54), der in den radialen Schlitz eingreift, wobei die Kurbelwelle kontinuierlich von einer ersten in eine zweite Position bewegbar ist, wobei die Bewegung der Kurbelwelle (50) bewirkt, dass der Stift (54) in dem radialen Schlitz translatorisch bewegt wird und eine zu dem radialen Schlitz senkrechte Kraft ausübt, um eine Drehbewegung des Verstellrings (48) zu erzwingen, wobei die Drehbewegung des Verstellrings bewirkt, dass die Nasen (44) die Betätigungsschlitze (46) von einem ersten Ende der Schlitze zu einem zweiten Ende der Schlitze durchqueren, und einem Mittel zum Bewegen der Kurbelwelle aus der ersten Position in die zweite Position, dadurch gekennzeichnet, dass die Nasen im Wesentlichen flache, in den Betätigungsschlitzen aufzunehmende Seiten umfassen, wobei die Schlitze so konfiguriert sind, dass sie einen verlängerten Eingriff zwischen den im Wesentlichen flachen Seiten und den Innenflächen der Schlitze (46) bereitstellen.
  2. Turbolader mit verstellbaren Leitschaufeln nach Anspruch 1, bei dem die Betätigungsschlitze ein Profil beinhalten, das dafür ausgelegt ist, einen maximalen Eingriff einer ersten Seite (134) jeder Nase, wenn die Nase sich am ersten Ende und zweiten Ende des Schlitzes befindet, und einen maximalen Eingriff einer zweiten Seite (136) jeder Nase, wenn die Nase sich in dem Schlitz zwischen dem ersten und zweiten Ende befindet, bereitzustellen.
  3. Turbolader mit verstellbaren Leitschaufeln nach Anspruch 1, bei dem das Bewegungsmittel ein mit dem Mittelgehäuse integrales hydraulisches Stellglied umfasst, das Folgendes aufweist: einen Kolben (86), der zur Hin- und Herbewegung senkrecht zu der Kurbelwelle (50) in einer integral in dem Mittelgehäuse (18) gegossenen Nabe (85) aufgenommen ist, eine an dem Kolben an einem ersten Ende angebrachte Kolbenstange (88), ein Mittel zur Befestigung der Kolbenstange (88) an der Kurbelwelle (50), wobei das Befestigungsmittel die Hin- und Herbewegung der Stange in eine Drehbewegung der Welle umwandelt, und ein Mittel zum steuerbaren Variieren des hydraulischen Drucks auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens, um eine Bewegung aus einer ersten Position, die der ersten Position der Kurbelwelle (50) entspricht, in eine zweite Position, die der zweiten Position der Kurbelwelle (50) entspricht, zu bewirken.
  4. Turbolader mit verstellbaren Leitschaufeln nach Anspruch 3, bei dem das Befestigungsmittel Folgendes umfasst: eine Zahnstange (90) auf der Kolbenstange (88) und ein Ritzel auf der Kurbelwelle (50).
  5. Turbolader mit verstellbaren Leitschaufeln nach Anspruch 3, bei dem das Mittel zum steuerbaren Variieren des hydraulischen Drucks Folgendes umfasst: einen hydraulischen Ventilschaft, der mehrere Öffnungen aufweist und durch einen durch eine Vorbelastungsfeder (150) im Gleichgewicht stehenden Elektromagneten (84) mit variablem Strom bewegbar ist, eine hydraulische Druckquelle in Verbindung mit einer ersten Öffnung, wenn sich der Schaft in einer ersten Position befindet, und einer zweiten Öffnung, wenn sich der Schaft in einer zweiten Position befindet, einen hydraulischen Abfluss in Verbindung mit einer dritten Öffnung, wenn sich der Schaft in der ersten Position befindet, und einer vierten Öffnung, wenn sich der Schaft in der zweiten Position befindet, eine erste Leitung in Verbindung mit einer ersten Seite des Kolbens und in Verbindung mit der ersten Öffnung, wenn sich der Schaft in der ersten Position befindet, und der vierten Öffnung, wenn sich der Schaft in der zweiten Position befindet, eine zweite Leitung in Verbindung mit einer zweiten Seite des Kolbens und in Verbindung mit der dritten Öffnung, wenn sich der Schaft in der ersten Position befindet, und der zweiten Öffnung, wenn sich der Schaft in der zweiten Position befindet, und einem Mitnehmer an der Kurbelwelle, der mit der Vorbelastungsfeder in Wirkeingriff steht.
  6. Turbolader mit verstellbaren Leitschaufeln nach Anspruch 1, bei dem die Betätigungsschlitze (46) nicht durchgehend sind und weiterhin mit: einem ringförmigen Kanal in dem Mittelgehäuse, der den Verstellring eng aufnimmt und einem Mittel zur Zuführung von Druckluft zu dem Kanal, um den Verstellring in engen Kontakt mit der zweiten Fläche der Leitschaufeln zu drängen.
DE60024879T 2000-03-13 2000-03-13 Turbolader mit verstellbaren leitschaufeln Expired - Lifetime DE60024879T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2000/006512 WO2001069045A1 (en) 2000-03-13 2000-03-13 Variable geometry turbocharger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60024879D1 DE60024879D1 (de) 2006-01-19
DE60024879T2 true DE60024879T2 (de) 2006-07-20

Family

ID=21741144

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1264078T Pending DE1264078T1 (de) 2000-03-13 2000-03-13 Turbolader mit verstellbaren leitschaufeln
DE60024879T Expired - Lifetime DE60024879T2 (de) 2000-03-13 2000-03-13 Turbolader mit verstellbaren leitschaufeln

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1264078T Pending DE1264078T1 (de) 2000-03-13 2000-03-13 Turbolader mit verstellbaren leitschaufeln

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP1264078B1 (de)
JP (1) JP4460814B2 (de)
KR (1) KR100642050B1 (de)
CN (1) CN1313711C (de)
AT (1) ATE313007T1 (de)
AU (1) AU758433B2 (de)
CA (1) CA2349917C (de)
DE (2) DE1264078T1 (de)
WO (1) WO2001069045A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112007002303B4 (de) * 2006-09-29 2020-03-05 Komatsu Ltd. Variabler Turbolader und Verfahren zum Antreiben desselben
DE112007002323B4 (de) * 2006-09-29 2020-04-16 Komatsu Ltd. Variabler Turbolader und Verfahren zum Antreiben desselben

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10237413B4 (de) * 2002-08-16 2004-07-15 Daimlerchrysler Ag Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine
DE10253693B4 (de) * 2002-11-18 2005-12-01 Borgwarner Turbo Systems Gmbh Abgasturbolader
US6895751B1 (en) 2004-03-08 2005-05-24 Christopher Greentree Vane control
DE102004023214A1 (de) * 2004-05-11 2005-12-08 Volkswagen Ag Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit variabler Turbinengeometrie
JP4483571B2 (ja) 2004-12-24 2010-06-16 トヨタ自動車株式会社 可変容量型ターボチャージャー
JP4560468B2 (ja) * 2005-10-04 2010-10-13 株式会社小松製作所 可変ターボ過給機およびこれを備えたエンジン
US7958730B2 (en) 2005-12-30 2011-06-14 Honeywell International Inc. Control of dual stage turbocharging
EP1994268B1 (de) * 2006-03-14 2016-10-12 BorgWarner, Inc. Turbolader
US7559199B2 (en) * 2006-09-22 2009-07-14 Honeywell International Inc. Variable-nozzle cartridge for a turbocharger
WO2008053771A1 (fr) 2006-10-27 2008-05-08 Komatsu Ltd. Turbocompresseur variable et procédé de retour d'huile à partir de dispositif de commande hydraulique
JP4780666B2 (ja) * 2006-11-29 2011-09-28 株式会社小松製作所 シルティング防止制御装置および方法
JP4820765B2 (ja) * 2007-01-31 2011-11-24 株式会社小松製作所 可変ターボ過給機
JP5095458B2 (ja) 2008-03-21 2012-12-12 株式会社小松製作所 油圧サーボ駆動装置、およびこれを用いた可変ターボ過給機
JP2009299767A (ja) * 2008-06-12 2009-12-24 Komatsu Ltd 油圧サーボ駆動装置
US8590305B2 (en) * 2008-12-11 2013-11-26 Borgwarner Inc. Simplified variable geometry turbocharger with variable nozzle
CN101539034B (zh) * 2009-04-16 2010-12-08 上海交通大学 周向弯角可调式静叶机构
CN101634233B (zh) * 2009-08-20 2011-07-20 康跃科技股份有限公司 可变几何涡轮增压器的气动喷嘴
DE102009057664A1 (de) * 2009-12-09 2011-06-16 Ihi Charging Systems International Gmbh Verstelleinrichtung für eine Aufladeeinrichtung, insbesondere für einen Abgasturbolader
US20120023936A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 Caterpillar Inc. Nozzled turbocharger turbine
GB2483995B (en) * 2010-09-22 2016-12-07 Cummins Ltd Variable geometry turbine
CN102297016B (zh) * 2011-08-15 2012-12-12 无锡凯迪增压器配件有限公司 双叶片喷嘴***的涡轮增压器
KR20140063474A (ko) 2012-11-16 2014-05-27 에이비비 터보 시스템즈 아게 노즐 링
US9429033B2 (en) * 2013-11-08 2016-08-30 Honeywell International Inc. Drive arrangement for a unison ring of a variable-vane assembly
US20170248070A1 (en) * 2014-09-23 2017-08-31 Borgwarner Inc. Turbocharger with integrated actuator
US10018107B2 (en) * 2015-07-10 2018-07-10 Kangyue Technology Co., Ltd Balanced vanes and integrated actuation system for a variable geometry turbocharger
IL241683B (en) 2015-09-17 2020-09-30 Israel Aerospace Ind Ltd Multi-serial charger
CN209510457U (zh) * 2018-06-14 2019-10-18 博格华纳公司 用于具有可变调节机构的压缩机的装置以及增压装置
CN115744828B (zh) * 2022-11-22 2023-08-04 福建德尔科技股份有限公司 一种电子级三氟化氯生产用的增压器

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB731822A (en) * 1952-03-14 1955-06-15 Power Jets Res & Dev Ltd Improvements relating to turbines or compressors for operation with gaseous fluids
US4274329A (en) * 1978-11-13 1981-06-23 Weyer Paul P Rotary actuator apparatus
US4300869A (en) * 1980-02-11 1981-11-17 Swearingen Judson S Method and apparatus for controlling clamping forces in fluid flow control assemblies
US4502836A (en) * 1982-07-02 1985-03-05 Swearingen Judson S Method for nozzle clamping force control
US4654941A (en) * 1984-04-20 1987-04-07 The Garrett Corporation Method of assembling a variable nozzle turbocharger
US4726744A (en) * 1985-10-24 1988-02-23 Household Manufacturing, Inc. Tubocharger with variable vane
US4679984A (en) * 1985-12-11 1987-07-14 The Garrett Corporation Actuation system for variable nozzle turbine
US4804316A (en) 1985-12-11 1989-02-14 Allied-Signal Inc. Suspension for the pivoting vane actuation mechanism of a variable nozzle turbocharger

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112007002303B4 (de) * 2006-09-29 2020-03-05 Komatsu Ltd. Variabler Turbolader und Verfahren zum Antreiben desselben
DE112007002323B4 (de) * 2006-09-29 2020-04-16 Komatsu Ltd. Variabler Turbolader und Verfahren zum Antreiben desselben

Also Published As

Publication number Publication date
EP1264078B1 (de) 2005-12-14
WO2001069045A1 (en) 2001-09-20
EP1264078A1 (de) 2002-12-11
AU758433B2 (en) 2003-03-20
AU3879600A (en) 2001-09-24
JP2003527522A (ja) 2003-09-16
KR100642050B1 (ko) 2006-11-10
CA2349917A1 (en) 2001-09-13
CN1313711C (zh) 2007-05-02
JP4460814B2 (ja) 2010-05-12
DE1264078T1 (de) 2003-06-26
CN1451076A (zh) 2003-10-22
ATE313007T1 (de) 2005-12-15
CA2349917C (en) 2008-12-02
DE60024879D1 (de) 2006-01-19
KR20020081047A (ko) 2002-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60024879T2 (de) Turbolader mit verstellbaren leitschaufeln
DE60213906T2 (de) Steuerungsmethode für eine variable Einlassdüse einer Turbine
US6269642B1 (en) Variable geometry turbocharger
DE102008039038B4 (de) Nockenwellenversteller
EP2002127B1 (de) Vordrall-leitvorrichtung
DE102014009367B3 (de) Regelbare Kühlmittelpumpe
DE10161131B4 (de) Flügelpumpe veränderlicher Verdrängung
DE2841759A1 (de) Turboladersteuerung
DE19924228A1 (de) Mehrflutiger, regelbarer Abgasturbolader
EP3682115B1 (de) Verdichter für eine aufladevorrichtung einer brennkraftmaschine und aufladevorrichtung für eine brennkraftmaschine
EP2663796B1 (de) Vorrichtung zur betätigung eines stellventils
DE60307955T2 (de) Drosselklappe
EP1520959B1 (de) Turbokompressor mit verstellbaren Leitschaufeln
DE69826901T2 (de) Positionierantriebsvorrichtung mit Spieleinstellung für einen variablen rohrförmigen Diffusor
EP2006494A1 (de) Antrieb für Vordrall-Leitvorrichtung
DE102011103518A1 (de) Abblaseventil
DE3640302A1 (de) Zumessschieber
DE112006001273T5 (de) Zwillingsturbolader
EP2494157B1 (de) Nockenwellenverstellanordnung
EP0130408B1 (de) Einrichtung zur Verstellung des Turbinenzuströmquerschnittes eines Abgasturboladers
DE102008060251B4 (de) Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie
EP2406498B1 (de) Regelbare kühlmittelpumpe
DE102010005603B4 (de) Nockenwellenverstellanordnung mit einem als Wälzlager ausgebildetem Nockenwellenlager
WO2014121986A1 (de) Ventileinheit für ein wastegatesystem und abgasturbolader
DE102010019542A1 (de) Verstellvorrichtung, insbesondere für einen Abgasführungsabschnitt eines Abgasturboladers und Abgasturbolader

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition