DE69015449T2

DE69015449T2 - Turbolader.

Info

Publication number: DE69015449T2
Application number: DE69015449T
Authority: DE
Inventors: Akira Satokawa
Original assignee: AlliedSignal Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1989-06-09
Filing date: 1990-05-25
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2010-05-26
Also published as: KR960003677B1; EP0401615A1; US5046317A; EP0401615B1; DE69015449D1; KR910001222A; ES2068944T3

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf abgasgetriebene Turbolader mit einer eine Abgasnebenleitung und ein Abgasventil aufweisenden Anordnung und insbesondere auf ein Abgasventil, das eine Auslaßöffnung der Nebenleitung öffnet und schließt.
Im allgemeinen wird ein Turbolader dazu benützt, das Druckniveau der eingesogenen Verbrennungsluft eines Motors mit innerer Verbrennung zu erhöhen, und er erhält seine Energie aus dem Drucke der Abgase des Motors. In diesem Falle wird das Niveau, auf das der Druck der eingesogenen Luft während der Betriebsbereiche hoher Geschwindigkeit und hoher Last erhöht wird, daran gehindert, übermäßig zu werden, um eine Beschädigung des Motors und des Turboladers zu vermeiden, indem das die Auslaßöffnung der Nebenleitung normalerweise schließende Abgasventil geöffnet wird. Demgemäß wird das Abgasventil dann geöffnet, wenn der Druck des Abgases einen vorbestimmten Wert überschritten hat, wodurch das Abgas nach außen ausgestoßen wird.
Bei Turboladern, die an Motoren mit zwei Reihen von Zylindern benutzt werden, wurde es äußerst schwer gefunden, getrennte Einlaßwege für das Abgas mit Hilfe einer Trennwand aufrechtzuerhalten, damit gesonderte Impulse des Abgases zum Turbinenrad übertragen werden. Solche Turbolader, die getrennte Einlaßwege für das Abgas besitzen, benötigen gesonderte Gasauslaßöffnungen der Nebenleitung, die durch einen doppelten Abgasventilmechanismus gesteuert werden.
In einem solchen Falle, in dem ein doppelter Abgasventilmechanismus vorgesehen ist, trat jedoch ein Problem auf, indem es schwierig war, einen Betrieb mit gleichzeitigem Öffnen und Schließen beider Auslaßöffnungen zu bewerkstelligen, was die Abgasventilmechanismen kompliziert machte. Um dieses Problem zu lösen, wurde bereits vorgeschlagen, daß solche Anordnungen doppelter Abgasventile ein Paar von Ventilgliedern benutzen, die an einem einzigen Arme montiert sind, wie es beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 57- 137619 und der japanischen Gebrauchsmusteroffenlegung Nr. 62- 183033 geoffenbart wurde. Im ersteren Falle sind die Ventilglieder unmittelbar am Armelement befestigt, so daß ein anderes Problem verursacht wird, indem selbst bei einer nur leichten Verwindung des Armelementes das Abgas durch die jeweilige Auslaßöffnung strömt, wenn die Auslaßöffnung eigentlich geschlossen sein sollte, was letztlich zur einer Unfähigkeit der Übertragung der Druckimpulse des Abgases auf das Turbinenrad mit hoher Wirksamkeit führt. Im letzteren Falle sind die Ventilglieder mit dem Armelement über einen Stift gekuppelt, der eine begrenzte Verschiebung der Ventilglieder gestattet, um jedwede Verwindung im Armelement oder jeglichen Unterschied in der Höhe des Ventilsitzes unterzubringen, so daß die Gasauslaßöffnungen der Nebenleitung gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden. Diese Anordnung verursacht jedoch an anderes Problem, indem leicht eine übermäßige Bewegung zwischen dem Armelement und dem die Ventilglieder am Armeelement haltenden Stift auftritt, so daß das Risiko eines Öffnens eines oder beider Ventilglieder verursacht wird, bevor der Einlaßdruck zu hoch wird. Dementsprechend wird der Druckimpuls des Abgases auf das Turbinenrad nicht mit hoher Wirksamkeit übertragen.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine ein Abgasventil für das Auspuffgas und eine Abgasnebenleitung aufweisende Anordnung für einen Turbolader zu schaffen, die dazu imstande ist, die Abgasventile dicht an ihren Ventilsitzen zu halten, selbst wenn das Armelement und die Ventilsitze verwunden sind oder wenn übermäßige Toleranzen zwischen den jeweiligen Gasauslaßöffnungen der Nebenleitung vorhanden sind, so daß Druckimpulse der Abgase mit hohem Wirkungsgrade auf das Turbinenrad übertragen werden.
Erfindungsgemäß ist ein abgasgetriebener Turbolader mit einem Gehäuse vorgesehen, einer in dem Gehäuse drehbar gelagerten Welle mit einem Paare einander gegenüberliegender Enden, einem an einem Ende der Welle befestigten Kompressorrad zum Komprimieren von Umgebungsluft, einem am gegenüberliegenden Ende der Welle montierten Turbinenrad, das auf die Motorabgase zum Drehen der Welle und dadurch zum Drehen des Kompressorrades anspricht, einem geteilten Einlaßdurchgang zum Führen der Abgase zu dem sich drehenden Rade, welcher geteilte Einlaßdurchgang ein Paar von Einlaßdurchlässen bildet, einer Auslaßöffnung an jedem dieser Durchlässe zum Verbinden jedes der letzteren mit der Umgebungsatmosphäre und damit unter Umgehung des Turbinenrades, und einem Paar von Abgasventilgliedern zum Abschliessen jeder der Auslaßöffnungen, einem Träger, einem Paar von Montagegliedern, welche die Abgasventilglieder jeweils am Träger befestigen, und einem Armelement zum Betätigen des Trägers und der Abgasventilglieder, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß das Armelement mit dem Träger durch eine einzige Schwenkverbindung verbunden ist, die ein Schwenken des Trägers relativ zum Armelement um eine einzige Achse gestattet, die zu einer Linie senkrecht steht, welche die beiden Abgasventilglieder miteinander verbindet und die eine Drehung des Trägers relativ zum Armelement um jede andere Achse als diese einzige Achse verhindert, nachdem eines der Ventilglieder seine Auslaßöffnung geschlossen hat, um es zu erlauben, daß die Abgasventilglieder ihre jeweiligen Auslaßöffnungen trotz Veränderungen zwischen der Höhe der Öffnungen und dem Drucke des Abgases in den Durchlässen geschlossen halten.
Figur 1 ist eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, eines Turboladers, der mit der Abgasnebenleitung und der Abgasventilanordnung nach der vorliegenden Erfindung versehen ist;
Figur 2 ist eine vergrößerte fragmentarische Ansicht der in Figur 1 gezeigten Anordnung des Abgasventiles;
Figur 3 ist eine vergrößerte fragmentarische Draufsicht des in Figur 2 veranschaulichten Abgasventiles;
Figur 4 ist eine vergrößerte fragmentarische Seitenansicht einer anderen Ausführungsform des Abgasventiles nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 5 ist eine ebenso vergrößerte fragmentarische Draufsicht des in Figur 4 veranschaulichten Abgasventiles;
Figur 6 ist eine Seitenansicht noch eines weiteren erfindungsgenäßen Ausführungsbeispieles;
Figur 7 ist eine Stirnansicht des in Figur 6 veranschaulichten Ausführungsbeispieles; und
Figur 8 ist eine der Figur 7 ähnliche Ansicht, die jedoch die Art veranschaulicht, auf welche die Abgasventilglieder an ihren entsprechenden Ventilsitzen anliegen.
Bezugnehmend auf Figur 1, umfaßt ein Turbolader 10 einen Turbinenabschnitt 11 und einen Kompressorabschnitt 12. Der Turbinenabschnitt 11 weist ein Turbinenrad 13 auf, das durch Abgase gedreht wird, und ein Turbinengehäuse 14, in dem das Turbinenrad 13 aufgenommen ist. Der Kompressorabschnitt 12 umfaßt ein Kompressorrad 15, das über eine Kupplungswelle 10a mit dem Turbinenrad 13 zur Drehung durch das Turbinenrad 13 verbunden ist. Ein Kompressorgehäuse 17 ist vorgesehen, um das Kompressorrad 15 aufzunehmen und ein Zentralgehäuse 16 ist zwischen dem Kompressor- und den Turbinengehäusen angeordnet.
Das Turbinengehäuse 14 begrenzt separate Einlaßwege 18 und 18a für das Abgas des Motors mit innerer Verbrennung. Eine Trennwand 19 trennt die Wege 18 und 18a, so daß die Abgase in zwei Strahlen dem Turbinenrad 13 zugeführt werden, um die Druckstöße des Abgases effizient auf das Turbinenrad zu übertragen. Die getrennten Gas-Einlaßwege 18 und 18a sind zur Verbindung mit der Atmosphäre mit einem Paare von Gasauslaßöffnungen 20 und 20a eines Nebenschlusses und einer Nebenleitung 21 versehen. Zum Öffnen und Schließen der Gasauslaßöffnungen 20 und 20a des Nebenschlusses ist ein Paar von Ventilgliedern 22 und 22a des Abgasventiles vorgesehen.
Bezugnehmend auch auf die Figuren 2 und 3 ist das Paar von Ventilgliedern 22 und 22a des Abgasventiles an einem Ventilträger 23 symmetrisch zum Trägerzentrum montiert. Ein Paar von Montagegliedern 24 und 24a erstreckt sich durch den Ventilträger 23 und hält die Ventilglieder 22 und 22a des Abgasventiles mit Spiel am Träger 23, um die Ventilglieder 22 und 22a des Abgasventiles beim Öffnen und Schließen ein wenig verschieben zu lassen. Ein Armelement 25 ist an seinem freien Ende 26 mittels eines Befestigungselementes 27 an der Mitte des Trägers 23 befestigt. Gemäß Figur 2 ist das freie Ende 26 des Armelementes 25 halbkreisförmig ausgebildet und liegt mit seinem bogenförmigen Teil an der Oberseite des Trägers 23 an, so daß der Träger 23 relativ zum Arm 25 beim Öffnen und Schließen der Ventilglieder des Abgasventiles zu schwingen vermag. Das Befestigungselement 27 für das Armelement 25 umfaßt ein Widerlager, das am Ventilträger 23 angreift und an zwei ausgestreckten Enden L-förmig abwärts gebogen ist (siehe insbesondere Fig. 3), um an beiden Seitenkanten des Trägers 23 anzugreifen, so daß jede Drehung dieses Trägers 23 um das Befestigungselement 27 in der gleichen Ebene des Armes 25 verhindert wird.
Das Armelement 25 erstreckt sich durch eine flexible Durchführung im Gehäuse und ist mit einem Steuerarme 28 verbunden, der seinerseits mit einem (nicht dargestellten) Steuerelement irgend einer bekannten Anordnung verbunden ist, so daß das Betätigungssystem für das Abgasventil, wie beschrieben, betätigt wird.
In der beschriebenen Anordnung der Abgas-Nebenleitung sind die Ventilglieder 22 und 22a des Abgasventiles relativ zum Ventilträger 23 in der durch den Pfeil x der Figur 2 bezeichneten Richtung ein wenig verschiebbar, und der Ventilträger 23 ist seinerseits relativ zum Armelement 25 schwenkbar, wie durch den Pfeil y angezeigt ist, so daß beim Aufsetzen der jeweiligen Ventilglieder 22 und 22a des Abgasventiles auf den Ventilsitzen der Gasauslaßöffnungen 20 und 20a des Nebenschlusses sich die Ventilglieder 22 und 22a des Abgasventiles unabhängig in einer Richtung verschieben, so daß die Öffnungen geschlossen werden, selbst wenn die Ventilsitze verschieden hoch sind, oder das Druckniveau an den Öffnungen 20 und 20a variiert, und die Ventilglieder 22 und 22a des Abgasventiles werden im wesentlichen gleichzeitig dicht aufgesetzt. Das halbkreisförmige freie Ende 26 des Armelementes 25 verursacht eine Zentrierwirkung, so daß die Ventilglieder 22 und 22a des Nebenschlusses verläßlich gegen ihre Ventilsitze schließen.
In den Figuren 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei der ein Armelement 125 über eine abgeflachte Fläche eines halbkreisförmigen freien Endes 126 des Armelementes 125 an einem Träger 1223 befestigt ist. Am Träger 123 ist ein darübergelegtes Band 129 mit einem bogenförmig gekrümmten Bereich 128 zur Anpassung an die Fläche des freien Endes 126 vorgesehen und erstreckt sich quer über das freie Ende 126 des Armelementes 125. Montageglieder 124 und 124a sind am Träger 123 befestigt und verlaufen sowohl durch den Träger 123 als auch das darüberliegende Band 129 hindurch, wobei die Ventilglieder 122 und 122a des Abgasventiles an diesen Montagegliedern 124 und 124a befestigt sind. Bei Bedarf werden beide Endbereiche des darüberliegenden Bandes 129 mittels Punktschweißen starr mit dem Träger 123 verbunden. Das freie Ende 126 des Armelementes 125 steht in Kontakt mit dem bogenförmigen Teil 128 des darüberliegenden Bandes 129, so daß der Träger 123 und die Ventilglieder 122 und 122a des Abgasventiles bezüglich des Armelementes 125 schwenkbar sind, und die Ventilglieder 122 und 122a gleichzeitig dicht auf die Ventilsitze auf dieselbe Weise aufgesetzt werden können, wie in der vorherigen Ausführungsform. Bei dieser Anordnung umfaßt das freie Ende 126 den Seitenkanten des Trägers 123 derart gegenüberliegende Teile, daß sie an diesen Kanten unter Sperrung anliegen, so daß der Ventilträger 123 an einer Drehung in der Ebene des Armes 125 auf dieselbe Weise wie in der vorherigen Ausführungsform gehindert werden kann.
Auch auf die Figuren 6 und 8 bezugnehmend, wird ein Paar von Ventilgliedern 222 und 222a des Abgasventiles durch einen in Draufsicht rechteckförmigen Träger 223 an symmetrischen Stellen bezüglich der Mitte des Trägers 223 gehalten. Der Träger 223 hat Löcher 224 und 224a, und ein Paar von Befestigungselementen 225 und 225a ist durch die Löcher 224 und 224a hindurchgeführt. Die Befestigungselemente 225 und 225a sind mit den Ventilgliedern 222 und 222a des Abgasventiles gekoppelt. Die Löcher 224 und 224a haben einen solchen Durchmesser, daß die Befestigungselemente 225 und 225a und demgemäß die Ventile 222 und 222a des Nebenschlusses um einen Winkel &sub1; zur Mittellinie jedes der Ventilglieder 222 und 222a des Abgasventiles schwenken läßt. In der Mitte des Trägers 223 ist ein am freien Ende des Armelementes 226 ausgebildeter Halter 227 derart gekoppelt, daß er den Träger 223 relativ zum Halter 227 um einen Winkel &sub2; schwenken läßt, der kleiner alsder obige Winkel &sub1; ist. Dementsprechend ist der Halter 227 so geformt, daß er im wesentlichen identisch zur rechteckigen Form des Trägers 223 ist, und ein Loch 229 erstreckt sich durch das Zentrum des Halters 227, um ein Befestigungselement 228 aufzunehmen.
Die Bodenfläche des Halters 227 ist so geformt, daß sie abgeschrägte Flächen 230 und 230a besitzt, wobei die Dicke vom Zentrum des Halters zu jeder der einander gegenüberliegenden Endabschnitte nach und nach abnimmt, während der Durchmesser der Löcher 229 dem Befestigungselement 228 und schließlich auch dem Träger 223 ein Schwenken gestattet, so daß der Träger 223 um den Winkel &sub2; relativ zum Halter 227 schwenkbar ist. An beiden Seiten des Loches 229 des Halters 227 sind Entlastungsöffnungen 231 und 231a vorgesehen, in welche Kopfteile des Befestigungselementes 225 bzw. 225a frei einzugreifen vermögen. Es ist bevorzugt, daß das Befestigungselement 228 mit einer Halteeinrichtung versehen ist, die sich über die Breite des Halterabschnittes 27 erstreckt und an den ausgestreckten Enden zu einer L-form abwärtsgebogen ist, so daß eine solche ausgestreckte Halteeinrichtung unter Sperrung an beiden Kanten des Trägers 23 anliegen und ihn an einer Drehung um das Befestigungselement 23 und das Zentrum in der Ebene des Armes zu hindern. Die Einrichtung zum Verhindern der Drehung des Trägers 23 kann von jeder anderen Form sein, solange der Ventilträger 23 um den kleineren Winkel &sub2; schwenkbar ist.
In der beschriebenen Anordnung der Abgas-Nebenleitung sind die Ventilglieder 222 und 222a des Abgasventiles an der Unterseite des Trägers 223 um den relativ größeren Winkel &sub1; in der in Figur 8 mit einem Pfeile x bezeichneten Richtung schwenkbar, und der Träger 223, und schließlich die Ventilglieder 222 und 222a des Abgasventiles, schwenken um den Winkel &sub2;, welcher kleiner ist als der vorhergehende Winkel &sub1;, in der vom Pfeil y in Figur 8 angezeigten Richtung ist, so daß die Ventilglieder 222 und 222a des Abgasventiles dazu veranlaßt werden können, sich gleichzeitig dicht auf die Ventilsitze aufzusetzen, selbst in einem Falle, in dem die Gasauslaßöffnungen 220 und 220a an den Ventilsitzen verwunden sind, oder wenn eines der Ventilglieder 222 oder 222a des Abgasventiles auf Grund von Druckunterschieden zwischen den Auslaßöffnungen 220 und 220a zur Druckregelung zum Öffnen veranlaßt wird. Die Ventilglieder 222 und 222a des Abgasventiles sind in zwei Richtungen verschiebbar und der Winkelbereich für die Schwenkung wird in der Öffnungs- und Schließrichtung für das Ventil eingestellt, d.h. in den Richtungen des Pfeils y, so daß ruckartige Bewegungen zwischen den Ventilelementen 222 und 222a des Nebenschlusses und dem Armelement vermindert werden.

Claims

1. Abgasgetriebener Turbolader mit einem Gehäuse (14,16,17), einer in dem Gehäuse (14, 16,17) drehbar gelagerten Welle (10a) mit einem Paare einander gegenüberliegender Enden, einem an einem Ende der Welle (10a) befestigten Kompressorrad (15) zum Komprimieren von Umgebungsluft, einem am gegenüberliegenden Ende der Welle (10a) montierten Turbinenrad (13), das auf die Motorabgase zum Drehen der Welle (10a) und dadurch zum Drehen des Kompressorrades (15) anspricht, einem geteilten Einlaßdurchgang (18,18a) zum Führen der Abgase zu dem sich drehenden Rade (13), welcher geteilte Einlaßdurchgang (18,18a) ein Paar von Einlaßdurchlässen bildet, einer Auslaßöffnung (20,20a) an jedem dieser Durchlässe zum Verbinden jedes der letzteren mit der Umgebungsatmosphäre und damit unter Umgehung des Turbinenrades (13), und einem Paare von Abgasventilgliedern (22,22a) zum Abschließen jeder der Auslaßöffnungen (20,20a), einem Träger (23), einem Paare von Montagegliedern (24,24a), welche die Abgasventilglieder (22,22a) jeweils am Träger (23) befestigen, einem Armelement (25) zum Betätigen des Trägers (23) und der Abgasventilglieder (22,22a), dadurch gekennzeichnet, daß das Armelement (25) mit dem Träger (23) durch eine einzige Schwenkverbindung verbunden ist, die ein Schwenken des Trägers (23) relativ zum Armelement (25) um eine einzige Achse gestattet, die zu einer Linie senkrecht steht, welche die beiden Abgasventilglieder (22,22a) miteinander verbindet, und die eine Drehung des Trägers (23) relativ zum Armelement (25) um jede andere Achse als diese einzige Achse verhindert, nachdem eines der Ventilglieder (22,22a) seine Auslaßöffnung (20,20a) geschlossen hat, um es zu erlauben, daß die Abgasventilglieder (22,22a) ihre jeweiligen Auslaßöffnungen (20,20a) trotz Veränderungen zwischen der Höhe der Öffnungen (20,20a) und dem Drucke des Abgases in den Durchlässen geschlossen halten.

2. Turbolader nach Anspruch 1, welcher ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß die Montageglieder (24,24a) Teile umfassen, die am Träger (23) anliegen, um eine Biegebewegung der Abgasventilglieder (22,22a) relativ zum Träger (23) zu gestatten.

3. Turbolader nach Anspruch 2, welcher ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß die Montageglieder (24,24a) ihre entsprechenden Abgasventilglieder (22,22a) am Träger (23) in bezüglich der Anbringung des Armes am Träger (23) symmetrischen Lagen sichern.

4. Turbolader nach Anspruch 3, welcher ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß der Ventilträger (23) und das Armelement (25) über eine zwischen dem Armelement (25) und dem Träger (23) gelegene bogenförmige Fläche miteinander gekoppelt sind.

5. Turbolader nach Anspruch 4, welcher ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß die Abgasventilglieder (22,22a) an einer Seite des Trägers (23) und der Arm an der gegenüberliegenden Seite des Trägers (23) montiert sind.

6 Turbolader nach Anspruch 5, welcher ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß der Träger (23) eine im wesentlichen flache Platte mit einem Paare einander gegenüberliegender Seiten ist, wobei sich die Abgasventilglieder (22, 22a) von einer Seite der Platte her erstrecken und der Arm an der gegenüberliegenden Seite der Platte befestigt ist.

7. Turbolader nach Anspruch 6, welcher ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß die Platte ein Paar von Löchern an einander gegenüberliegenden Seiten der Befestigung zwischen dem Arm und der Platte besitzt, wobei die Montageglieder (24, 24a) sich durch die Löcher erstreckende Stifte sind, um die Ventilglieder (22,22a) relativ zur Platte entlang der Achse der Löcher gleiten zu lassen.

8. Turbolader nach Anspruch 7, welcher ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß der Arm am Träger (123) durch ein Band (129) mit einem am Arme anliegenden bogenförmigen Abschnitte (128) befestigt ist, der am Träger (123) an einander gegenüberliegenden Seiten des bogenförmigen Abschnittes (128) festgehalten ist.

9. Turbolader nach Anspruch 8, welcher ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß die Montageglieder (124,124a) in Löchern mit Spiel aufgenommen sind, um die Abgasventilglieder (122,122a) bezüglich des Trägers (123) über einen ersten vorbestimmten maximalen Winkel schwenken zu lassen.

10. Turbolader nach Anspruch 9, welcher ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß der Ventilträger einen ersten, am Arme befestigten Teil (227) und einen zweiten, die Abgasventilglieder (222,222a) tragenden Teil (223) aufweist, wovon der zweite Teil (223) bezüglich des ersten Teiles (227) über einen zweiten vorbestimmten Winkel schwenkbar ist.

11. Turbolader nach Anspruch 10, welcher ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß der zweite vorbestimmte Winkel kleiner als der erste vorbestimmte Winkel ist.