SE441945B - Turbokompressor - Google Patents

Description

78055658-8 med avgasledningar, vilka kan innefatta anordningar för kon- troll av nedsmutsning och buller.

Användning av en turbokompressor är mycket fördel- aktigt i jämförelse med motorer med enkelt luftintag genom att en bränsle-luftblandning med avsevärt högre tätliet kan tillföras motorns cylindrar. Den ökade bränslelufttätlleten orsakar avsevärt högre motoreffekt och motorverkningsgrad.

För många förbränningsmotorer är det emellertid önskvärt att begränsa motorns maximala ingastryck och att vidmakthål- la överladdningsluften vid detta maximala tryck. Detta be- ror på att många turbokompressorer är istånd att tillfözca laddningsluft till motorn vid tryck, som är avsevärt högre än vad motorn eller turbokompressorn kan tåla. Följaktli- gen har en mångfald av ventiler och andra tryckreglagean- ordningar föreslagits för att begränsa det maximala ladd- ningstrycket från turbokompressorn.

En reglageanordning för överladdning innefattar ty- piskt xentilanordningar, vanligen benämnda spillventiler, vilka förbileder en del av motorns avgas omkring turbinhju- let. Därigenom förhindras en del av avgasen att driva tur- binhjulet så att detta roterar med mindre än maximalt varv- tal, warigenom kompressorhjulet också blir drivet vid mindre än maximalt varvtal. Till sin uppbyggnad innefattar vissa av dessa spillanordningar en förbiledning, vilken är gjuten som en del av turbinhuset samt en spillventil anordnad direkt på turbinhnset. Se t ex US patenten nummer 5 195 805; 5 196 606; 4 005 578 och-Ll- OO5 579. Dessa förbiledningsanordnirlgar har emellertid nackdelar genom att de kräver relativt komplice- rade och dyrbara gjutna turbinhus tillsammans med förhållan- devis dyrbara mätventiler, vilka är bearbetade till noggran- na mått. Andra förbiledningsanordningar har föreslagits, i vilka förbiledningen och ventilen är förflyttad från turbin- huset. Se t ex US patenten nummer 5 055 408; 5 096 614; 104 520 samt 5 589 555. Dessa anordningar kräver emeller- tid samtliga särskilda, speciellt uppbyggda och relativt komplicerade förbiledningar anordnade på turbinhuset och undanröjer icke behovet av dyrbara mätventiler.

Föreliggande uppfinning undanröjer problemen och nackdelarna i den kända tekniken genom att åstadkomma en 78Ü5568~~8 turbokompressor med överladdningsreglage, i vilken gjutningen av turbinhuset är förenklad, och i vilken särskild uppbygg- nad av förbiledningarna och kraven på noggranna ventilmàtt har undanröjts.

Uppfinningen avser en turbokompresscr med ett turbin- hjul och ett kompressorhjul anordnade på en gemensam axel i ett turbinhus respektive ett kompressorhus. Turbinkuset är anordnat för förbindelse med en förbränningsmotors avgassam- lare och innefattar ett gasinlopp och ett gasutlopp för cir- kulation av motorns avgas in i ochígenomvturbinhuset för att i rotation driva turbinhjulet. Turbinhjulet i sin tur driver kompressorhjulet, vilket tillför komprimerad laddningsluft till motorns ingassystem.

Ett utloppshus för avgasen är anordnat vid turbinhu- set och innefattar en gasutloppsledning i förbindelse med av- gasutloppet, för ledning av avgaserna genom avgassystemet för motorn, vilket kan innefatta anordningar för kontroll av ned- smutsning och buller. Utloppshuset innefattar också en gen- vägskammare som förbinder utloppspassagen och turbinhusets gasinlopp via en läoköppning i turbokompressorns hus. En förbiledningsventil för turbinen är anordnad i utloppshuset och innefattar ett ventilhuvud, vilket är anordnat att täta mot läcköppningen för att stänga förbindelsen mellan turbin- husets gasinlopp och avgasens utloppspassage. Organ är anord- nade för att reglerbart påverka ventilen i enlighet med för- utbestämda driftförhållanden för motorn.

Uppfinningen beskrivs i det följande med hänvisning till bifogade ritningar, i vilka fig. 1 är ett schematiskt diagram av en reglerad turbokompressor enligt uppfinningen i förbindelse med en förbränningsmotor, fig. 2 är en förstorad sidovy av turbokompressorn med vissa delar bortskurna, fig. 3 är en planvy uppifrån av turbokompressorn i fig. 2 med vis- sa delar bortskurna, fig. 4 är ett vertikalt snitt utmed lin- jen 4 - 4 i fig. 2, fig. 5 är en förstorad ändvy utmed lin- jen 5 - 5 i fig. 2 med delar bortskurna, fig. 6 är en delvis horisontal snittvy utmed linjen 6 - 6 i fig. 5, fig. 7 är en förstorad delvis vertikal snittvy utmed linjen 7 - 7 i fig. 6, vilken visar turbinens förbiledningsventil i öppet läge, fig. 8 är en delvis, horisontal snittvy vilken liknar fig.

QUALITY i i 7805568-8 f' 6 och visar en alternativ utföringsform av uppfinningen, och fig. 9 är en delvis horisontal snittvy liknande fig. 5 och visar ännu en utföringsform av uppfinningen.

En turbokompressor 'IO är visad i fig. 'i - 3 och inne- fattar i stort en turbin 12 och en kompressor 14, vilka är förbundna med avgassamlaren '16 respektive ingassystemet '18 för en förbränningsmotor 20. Turbinen 12 innefattar ett tur- binhjul 22 anordnat i ett i stort sett snäckformat turbinhus 24 och anordnat för gemensam rotation på en gemensam axel 26 med ett kompressorhjul 28 i ett kompressor-hus 50. 'Eambinhuset 24 och kompressorhuset 50 är anordnade vid motsatta ändar av ett centralt hus 52, vilket innefattar lager 54 vilka uppbär den gemensamma axeln 26. Lämpligen finns oljeportar 56 anord- nade i centrumhuset 32 för att underlätta smörjning av lagrena 54 och axeln 26.

Kompressorhuset 50 :innefattar ett öppet luftinlopp 58, genom vilket omgivningens luft drages in azclalt i kompressor- huset 50 då kompressorhjulet 28 roterar. Det roterande kompres- sorhjulet 28 komprimerar den i huset inströmmade luften ochg i avger luften genom ett kompressorluftinlopp 40. I de flesta förbränningsmotorer är kompressorns luftinlopp 58 anslutet nedströms om luftspjället (icke visat) medelst en lämplig ledning 42, och kompressorns luftutlopp 40 är anslutet till motorns 20 ingassystem 18. Därigenom förser kompressorn '14 motorn med laddningsluft av högre tryck.

Kompressorhjulet 28 är drivet i rotation medelst tur- binhjulet 22, vilket i sin tur är drivet i rotation medelst avgaser från motorn 20. Isynnerhet innefattar turbinhuset 24 ett avgasinlopp 44 och ett avgasutlopp 46, vilka båda är för- bundna med det inre i turbinhuset 24. Avgasinloppet 44 är an- slutet medelst lämpliga flänsar 47 till motorns 20 avgassarn- lare 16, varigenom het avgas från motorn strömmar genom tur- binhusets gasinlopp 44 mot turbinhjulets 22 blad för att dri- va turbinhjulet i rotation. Avgasen lämnar turbinhuset 24 i axial riktning genom avgasutloppet 46 för att därpå strömma genom en lämplig avgasledning 52 för motorn. Naturligtvis kan ledningen 52 innefatta lämpliga anordningar för kontroll av nedsmutsning och/eller buller, genom vilka avgaserna ström- uuAuTv F 7805568--8 \_h mar för utloppet till omgivningen.

Ett utloppshus 50 bildar ett organ för anslutning av turbinhuset 24 till avgasledningen 52. Isynnerhet är utloppe- huset 50 anslutet till turbinhuset 24 medelst ett antal skru- var 54 och täcker i stort sett turbinhusets gasutlopp 46. Ut- loppshuset 50 innefattar en utloppspassage 48 i linje med gas- utloppet 46 och utloppsledningen 52 varigenom den heta avga- sen genom turbinen 12 får utlopp genom utloppshuset 50 till ledningen 52. Lämpligen innefattar utloppshuset 50 och led- ningen 52 flänsar 55 för förbindelse på lämpligt sätt.

Som ritningarna visar innefattar utloppshuset 50 en i stort sett skalformad, öppen del 56, vilken sträcker sig lateralt från utloppspassagen 48 i stort sett mot gasinlop- pet 44 på turbinhuset 24. Denna skalformade del 56 innefat- tar en genvägskammare 58, i öppen förbindelse med gasutloppr- passagen 48 i utloppshuset 50, tillsammans med gasinloppet 44 i turbinhuset 24 via en läcköppning 60 i turbinhuset. Läck- öppningen 60 är därvid upptagen i turbinhuset 24 utmed det öppna gasinloppet 44 i huset innan avgasen träffar turbinhju- lets 22 blad. I praktiken är läcköppningen 60 lämpligen an- ordnad utmed turbingasinloppet 44 före varje avsmalnande av inloppet 44 för atöaoaelerera gasströmmen innan den träffar turbinhjulet.

Som fig. 4 ooh 6 visar är läcköppningen 60 anordnad genom turbinhuset 24 i stort sett utmed gasutloppet 46 så att det mynnar i stort sett paralllellt med axeln för gasutlop- pet 46. Med denna utformning är turbinhuset gjutet med gas- utloppet 46 och läcköppningen 60 anordnade i en gemensam änd- vägg 62. Detta innebär en avsevärd förenkling av turbinhusets göt genom att ändväggen 62 kan bearbetas till en i stort sett plan yta som visat. Utloppshuset 50 innefattande utloppspassa- gen 48 och genvägskamaren 58 är lämpligen så utformad att den passar för ingrepp mot den plana ändväggen 62 på turbin- huset för att täcka båda öppningarna i turbinhuset. Om så önskas kan en lämpligt formad packning (ej visad) anordnas mellan turbinhuset 24 och utloppshuset 50 för att åstadkomma en gastätning mellan dem.

En förbiledningsventil 64 för turbinen är anordnad att reglerbart öppna och stänga läcköppningen 60 för att reg- lwAurv i iipfioh 7805568-8 lera förbiledningen av avgas kring turbinhjulet 22. Isynner- het innefattar förbiledningsventilen 64 ett i stort sett plant, cirkulärt ventilhuvud 66 med en diameter, vilken är större än diametern för läcköppningen 60. Ventilhuvudet 66 är fäst me- delst en nit 68 vid ena änden av en ventilstång 70, vilken sträcker sig bakåt från ventilhuvudet 66 in i genvägskaznma- ren 58. En metallremsa 72 är relativt löst kvarhållen över stången 70 mellan en första bricka 74 vilken är fäst på ven- tilstángen '20 intill ventilhuvudet 66, samt en andra bricka 76 fäst vid bakre änden på ventilstången. Metallremsan 72 sträcker sig i szort sett uppåt från ventilstången 66 och är virad omkring och fäst vid dess övre ände till exempel medelst svetsning vid ena änden av en horisontalt riktad axel 78.

Axeln 78 är utåt hållen medelst en bussnirzg 80 i sídoväggen* 82 på utloppshuset 50 och dess utåt riktade ände är fäst vid ena änden av en vevlänk 84. Vevlänken 84 sträcker sig nedåt från axeln 78 och i stort sett bort från utloppshuset och dess nedre ände är svängbart förbunden med en reglagestång 86 medelst ett stift 48. Reglagestången 86 sträcker sig uppåt och bort från utloppshuset 50 och är reglerbart förbunden med en burkformad regulator 90. Regulatorn 90 'ar anordnad på kompressorhuset 50 medelst en konsol 91 och innefattar organ för reglerbar och automatisk förflyttning av reglagestången 86 för att ändra läget på ventilhuvudet 66 i förhållande till läcköppningen 60. Regulatorn 90 är av vanligt utförande och innefattar typiskt ett invändigt membran (ej visat) förbun- det med reglagestången 86, vilket delar regulatorn itvå sär- skilda kamrar. Se t ex US patentet nummer 5 '195 805. Ett par slanganslutningar 92 och 94- är anordnade på regulatorn 90 och bildar inloppspassager till de två kamrarna på motsatta sidor av membranet. Reglering åstadkommas medelst anslutning av anslutningarna 92 och 94 till olika tryckkällor för att åstad- komma en trfyckskillnad på ömse sidor av membranet i överens- stämmelse med motorns driftförhållanden. Därigenom förskjuts reglagestången 86 i enlighet med förändringar i förutbestämda driftförhållanden för motorn i beroende av de specifika tryck- källorna, som är anslutna till anslutningarna 92 och 94. I ¿ vissa tillämpningar är det t ex lämpligt att koppla anslut- * ningarna 92 och 94 till kompressorns utloppstryck respektive m PÛOH uumnv 7805568-8 omgivningens tryck. Vid andra tillämpningar kan det vara önskvärt att koppla anslutningarna 92 och 94 till kompres- sorns utloppstryck respektive inloppstryck. andra typer av regulatorer kan alternativt användas för styrning av läget hos reglagestången 86, inklusive t ex manuellt styrda anord- ningar.

Rörelsen för reglagestången 86 tjänar till att reg- lera öppning och stängning av läoköppningen 60 såsom fig. 6 och 7 visar. Då reglagestàngen 86 sålunda förskjuts i pilens 96 riktning vrids vevlänken 84 så att den vrider axeln 78 kring dess axel moturs såsom fig. 7 visar. En sådan vrid rö- relse hos axeln 78 förflyttar metallremsan 72 bort från kon- takt mot ventilhuvudet 66 och medger då att avgas från tur- binhusets gasinlopp 44 förskjuter ventilhuvudet 66 bort från dess läge mot sätet i turbinhuset 24 då läcköppningen 60 är stängd. På detta sätt får avgasen strömma förbi turbinhjulet 22, varigenom turbinhjulet icke längre drivs vid högsta varv- tal, vilket avsevärt minskar kompressorns laddningstryok. Det volumetriska flödet av avgas som strömmar förbi turbinhjulet beror på öppningsgraden av ventilhuvudet 66 i förhållande till läcköppningen 60. Då motorns driftförhållanden bestämmer att turbinhjulet 12 skall rotera med högre varvtal, förflytas reglagestàngen 86 medelst regulatorn 90 så att den återför ventilhuvudet 66 till dess läge mot sätet på turbinhuset 24 för stängning av läcköppningen 60.

En modifierad utföringsform av reglageanordningen för turbokompressorn enligt uppfinningen är visad i fig. 8, i vil- ken liknande komponenter har samma beteckningar som tidigare.

Som visat finns ett turbinhus 24 med ett avgasinlopp 44 och ett avgasutlopp 46. Avgaser från en förbränningsmotor cirku- leras genom huset 24 för att driva ett turbinhjul, vilket i sin tur driver ett kompressorhjul för tillförsel av luft med högt tryck till motorn. Turbinhnset 24 är försett ned en läck- öppning 60 liksom en maskinbearbetad plan ändvägg 62, vilken omger avgasutloppet 46 och läcköppningen 60.

Ett gasutlopp 150 är anordnat på ändväggen 62 av tur- binhuset 24 medelst skruvar 54. Huset 150 innefattar en skal- formad del 156, vilken bildar en genvägskammare 158 som för- 7805568-8 bindelse mellan en utloppspassage 148 i huset 'l50 samt läck- öppningen 60. En förbiledningsventil 64 för turbinen är an- ordnad på utloppshuset 150 och innefattar ett ventilhuvud 66 för selektiv öppning och stängning av läoköppningen 61" . ïiik- tigt är, att huset 150 är så format, att gasutloppsspassagen 148 bildar vinkel mot anslutningsflänsen 55 på huset lämplig anslutning till motorns avgassystem. Därigenom kan turbinhuset 24 i turbokompressorn 'IO vara enhetligt utformat för en stor màngfaldiav olika motortillämpningar vandd for- men på utloppshuset är anpassad i enlighet med formen på den specifika motorn och avgasledningen. Vidare är läget hos läcköppningen 60 på. turbinhuset 24 enhetligt för en mångfald av motortillämpningar, och utloppshuset har storlek och form för användning tillsammans med samma förbiledningsveæntil 64 för turbinen och det därför avsedda länksystemet.

En andra, modifierad utföringsform av uppfinningen visas i fig. 9. Ett utloppshus 250 är därvid fäst medelst skruvar 54 på den plana ändväggen 62 på turbinhuset 24. Som tidigare innefattar turbinhuset 24 ett gasinlopp 44 och ett gasutlopp 46, tillsammans med en läcköppning 60 i ändäggen 62 med öppning till gasinloppet 44. Utloppshuset 250 innefat- tar en utloppspassage 248 i linje med gasutloppet 44 och bil- dar en öppen genvägskammare 258 mellan läoköppnizagen 60 och utloppspassagen 240. Vid denna utföringsform har utloppshu- set sådan form att utloppspassagen 248 bildar i stort sett rät vinkel som leder över läcköppningen 60 och genvägskam- maren 258 för direkt förbindelse med dessa. Naturligtvis är turbinens förbiledningsventil 64 anordnad så att den selek- tivt kan öppna och stänga läcköppningen 60 i beroende av reglagestångens 86 rörelse.

Reglageanordningen för turbokompressorn enligt upp- finningen medger användning av ett enda turbinhus för en stor mångfald av motor och avgassystem med olika former. Ut- loppshuset är den enda komponent som behöver vara särskilt utformad för enskilda tillämpningar och utloppshuset inne- fattar turbinens förbiledningsventil och genvägskammaren för avgasen. Förbiledningsventilen är en relativt löst anordnad Wíóïï auAuTv 7805568-8 ventil, vilken kompenserar för värme-utvidgning utan att kräva noggranna tillverkningsmått, och vilken är anordnad direkt mot ett säte pà turbinhuset för stängning av läcköpyßningen.

Flera andra modifikationer och förändringar av upp- finningen är tänkbara för fackmarmen. Föregående beskrivning är följaktligen endast att anse som ett exempel utan begräns- ning av uppfinningens anda och ram.

QUALITY - mjn

Claims (2)

7805568-8 10 Patentkrav

1. Turbokompressor med ett turbinhus (24) och ett kompressor- hus (30), i vilka ett turbinhjul (22) resp. ett kompressorhjul (28) är monterade på en gemensam axel (26). varvid turbínhuset (24) i sitt gasinlopp (44) är försett med en förbíledningsöpp- ning (60). varjämte ett gasutloppshus (50) är fäst vid turbin- huset (24) och är anordnat att täcka turbinhusets (24) qasut- lopp (46) och förbíledningsöppningen (60) samt är försett med en ventil (64) för reglering av strömningen genom förbiled- níngsöppningen (60), k ä n n e t e c k n a d av att förbiled- níngsöppningen (60) och turbínhusets (24) gasutlopp (46) myn- nar i en gemensam. plan ändyta (62) på turhinhuset(24). mot vilken gasutloppshuset (50) är fäst. samt att ventilen är ut- förd som en klaffventil (64). vars klaff (66) är förbunden med engsvängarm (72). vilken är fast förbunden med en i gasut- loppshuset (S0) lagrad och medelst en regleranordníng (90) vridbar axel (78). varvid klaffen (66) är anordnad att med sin tätningsyta vid vridning av axeln (78) föras mot och från tur- binhusets (24) ändyta (62) för reglering av strömningen genom förbiledningsöppningen (60).

2. Turbokompressor enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att ventílens (64) klaff (66) är förbunden med svängarmen (72) medelst en vid klaffen (66) fäst stång (70). vilken för möj- liggörande av svängningsrörelse mellan klaffen (66) och sväng- armen (72) är förbunden med spel med svängarmen (72).