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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasturbolader mit verstellbaren
Düsenflügeln gemäß dem Oberbegriff
des unabhängigen
Patentanspruches 1.
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Der
Abgasturbolader, im folgenden auch als Auflader mit variabler Leistung
bezeichnet, bei welchem eine Vielzahl von Düsenflügeln montiert sind und die
Strömungsrate
eines in eine Turbine eingelassenen Gases durch ein Steuern des
Halses zwischen den Düsenflügeln eingestellt
wird, fand häufige
Anwendung. Ein derartiger Auflader ist beispielsweise in der ungeprüften japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. 296731/1997 und der ungeprüften
japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung
Nr. 73597/1992 beschrieben. Eines dieser Beispiele ist in 1A und 1B dargestellt. Genauer sind ein Turbinengehäuse 1 und
ein Kompressorgehäuse 2 über ein
Lagergehäuse 3 zu
einem Körper
integriert. Ein Turbinenflügelrad 4 in
einem Turbinengehäuse 1 und ein
Kompressorflügelrad 5 in
dem Kompressorgehäuse 2 sind
mit einer Turbinenwelle 7 verbunden, welches durch ein
Lager 6 in dem Lagergehäuse 3 frei
drehbar gelagert ist. Ein ringförmiger
Turbinenmantel 9 mit einem Gasauslaßkanal 9a ist an dem
Innenumfang des oben erwähnten
Turbinengehäuses 1 auf
der einem Lagergehäuse 3 gegenüberliegenden
Seite unter Verwendung von Schraubenbolzen 8 ausgebildet.
Ein ringförmiger
Kanal 10 ist zwischen in Axial richtung gegenüberliegenden
Flächen
des Außenumfangs
des Turbinenmantels 9 und des Innenumfangs des Turbinengehäuses 1 auf
der Seite des Lagergehäuses 3 ausgebildet.
Auf der Außenfläche des
oben erwähnten
Turbinengehäuses 1 auf
der einem Lagergehäuse 3 gegenüberliegenden
Seite ist eine Abdeckung 12 mit einem Gasauslaß 11,
welcher mit dem Gasauslaßkanal 9a des
Turbinenmantels 9 verbunden ist, unter Verwendung von Schraubenbolzen 13,
angebracht. Das von einem Gaseinlaß 14 eingelassene
Gas wird von einem spiralförmigen
Kanal 15, welcher in dem Turbinengehäuse 1 vorgesehen ist, über den
oben erwähnten
ringförmigen
Kanal 10 zu dem Turbinenflügelrad 4 geführt, und
anschließend
wird das Gas von dem Gasauslaß 11 über den Gasauslaßkanal 9a ausgelassen.
Bei dieser Anordnung ist eine große Anzahl von Düsenflügeln 16 in Umfangsrichtung
in dem ringförmigen
Gaskanal 10 angeordnet, welcher von dem oben erwähnten spiralförmigen Kanal 15 zu
dem Außenumfang
des Turbinenflügelrads 4 ausgebildet
ist. Ein Ende einer Betätigungswelle 17 ist
an jedem Düsenflügel 16 befestigt,
und das andere Ende der Welle durchdringt den Außenabschnitt des Turbinenmantels 9.
Die Welle 17 ragt in eine Drehmomentübertragungskammer 18 hinein,
welche zwischen dem Turbinenmantel 9 und der Abdeckung 12 ausgebildet
ist, und ist über
eine Getriebevorrichtung 19 in einer Kopplungsvorrichtung
mit einer Stelleinrichtung verbunden.
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Die
Getriebevorrichtung 19 ist wie folgt aufgebaut: jede Betätigungswelle 17 befindet
sich in drehbarem Eingriff mit dem Basisende einer Kopplung 20,
und die Kopplung ist mit einer Eingriffsnut 20a an dem
Spitzenende versehen. Ein Drehring 21 ist in Umfangsrichtung
an dem Außenabschnitt
jeder Betätigungswelle 17 angeordnet.
Die gleiche Anzahl von Verbindungsstücken 22, wie die Anzahl
der Kopplungen 20, ist über
Wellen 23 frei drehbar an dem Drehring 21 angebracht.
Jedes Verbindungsstück 22 befindet
sich in frei drehbarem Eingriff mit ei ner Eingriffsnut 20a jeder
Kopplung 20. Ein Stift 24 ist an einer frei wählbaren
Stelle in der Umfangsrichtung des Drehrings 21 angebracht.
Eine (nicht dargestellte) Stelleinrichtung ist durch einen Arm 25,
eine Welle 26 und einen Übertragungshebel 27 mit
einem Stift 24 verbunden. Die Stelleinrichtung dreht den
Drehring 21, und mit dem sich drehenden Drehring 21 kann
ein Öffnungs-
bzw. Schließwinkel
jedes Düsenflügels 16 mittels
jeder Kopplung 20 und der Betätigungswelle 17 geändert werden.
So wird ein Öffnungs-
bzw. Schließwinkel
jedes Düsenflügels 16 gesteuert,
und ein Hals zwischen jedem Düsenflügel 16 wird
derart eingestellt, daß er
weiter oder enger wird, so daß die
Gasströmungsrate
von einer großen
auf eine kleine Rate geändert
werden kann.
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Aus
der
EP 0 227 475 B1 ist
ein Abgasturbolader der eingangsgenannten Art bekannt.
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Jedoch
existiert im Falle eines Aufladers mit variabler Leistung bzw. des
Abgasturboladers des oben erwähnten
Typs aufgrund der Tatsache, daß der
Turbinenmantel 9 an dem Turbinengehäuse 1 unter Verwendung
von Schraubenbolzen 8 befestigt ist, eine direkte Beeinträchtigung
des Turbinenmantels 9 durch die Wirkung einer thermischen
Verformung des Turbinengehäuses 1,
was zu Änderungen
der Konzentrizität
und Neigung des Mantels führen
kann. Außerdem
muß, da
die Abdeckung 12 an dem Turbinengehäuse 1 mittels Schraubenbolzen 13 angebracht ist,
bei einer Montage der Getriebevorrichtung 19 die Montagearbeit
in einem Blindzustand verrichtet werden, so daß die Arbeit schwierig ist.
Folglich weichen die Ergebnisse der ersten Einstellung, wenn die
Abdeckung 12 entfernt, der Innenraum überprüft und die Einrichtung erneut
zusammengebaut wird, infolge der geteilten Getriebevorrichtung 19 von
beabsichtigten Werten ab, was häufig
zu dem praktischen Problem eines Positionsversatzes führt.
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Es
ist eine Aufgaben der vorliegenden Erfindung ein Abgasturbolader
der eingangsgenannten Art derart zu verbessern, daß die gesamte
Konstruktion bzw. die Montage des Abgasturboladers vereinfacht ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Abgasturbolader mit verstellbaren Düsenflügeln, umfassend ein Turbinengehäuse, ein
Lagergehäuse,
einen ringförmigen
Turbinenmantel mit einem an einem Innenumfang davon ausgebildeten Gasauslasskanal,
der an einen Innenumfang des Turbinengehäuses auf einer dem Lagergehäuse gegenüberliegenden
Seite angeordnet ist, einen ringförmigen Kanal, der zwischen
in Axialrichtung gegenüberliegenden
Flächen
eines Außenumfangs
des Turbinenmantels und des Innenumfangs des Turbinengehäuses auf
der Seite des Lagergehäuses
ausgebildet ist, eine Vielzahl von Düsenflügeln, die in dem ringförmigen Kanal
in einer derartigen Weise angeordnet sind, dass ein Öffnungs-
bzw. Schließwinkel der
Düsenflügel durch
ein Drehen einer Betätigungswelle
einstellbar ist, die den Turbinenmantel an dessen Außenumfang
durchdringt, eine Getriebevorrichtung, die mit der Betätigungswelle
verbunden ist, eine an einer Außenseitenfläche des
Turbinengehäuses angebrachte
Abdeckung durchdringt, und mit einer externen Stelleinrichtung verbunden
ist, wobei der Turbinenmantel in einer Axialrichtung an dem Turbinengehäuse anbringbar
ist und der Gasauslasskanal des Turbinenmantels an der Abdeckung
angebracht ist, wobei der Turbinenmantel, die Getriebevorrichtung
und die Abdeckung als eine integrierte Einheit vormontierbar sind,
wobei die Einheit über
die Abdeckung an dem Turbinengehäuse
befestigbar ist.
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Es
ist des Weiteren vorteilhaft, daß eine thermische Verformung
des Turbinengehäuses
keinen Einfluß auf
den Turbinenmantel aufweist.
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Gemäß der Anordnung
der vorliegenden Erfindung ist der Turbinenmantel mit der Abdeckung
integriert und von dem Turbinengehäuse getrennt, so daß selbst
dann, wenn das Turbinengehäuse
thermisch verformt wird, der Turbinenmantel nicht direkt davon betroffen
ist. Außerdem
können
aufgrund der Tatsache, daß die
Getriebevorrichtung selbst nach einem Entfernen der Abdeckung wie
ursprünglich montiert
beibehalten werden kann, die Anfangsmontagezustände selbst nach einer erneuten
Montage beibehalten werden.
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Ferner
ist eine Vielzahl von Befestigungslöchern (28) in Umfangsrichtung
in vorbestimmten Abständen
in einem Gasauslaßkanal
(9a) eines Turbinenmantels (9) ausgebildet, Schraubenlöcher (29) entsprechend
den Befestigungslöchern
(28) sind mit einem leichten Versatz bezüglich der
oben erwähnten
Befestigungslöcher
in der Gasauslaßrichtung
in einer ringförmigen
Haltevorrichtung (12a) angeordnet, welche ausgebildet ist,
um den Gasauslaßkanal (9a)
in die Innenfläche
einer Abdeckung (12) einzuschrauben und daran zu halten;
und Befestigungsschrauben (30) mit Kegelstiften (30a),
welche sich an Spitzenabschnitten verjüngen, werden in die oben erwähnten Schraubenlöcher eingeschraubt,
so daß Kegelstifte
in die Befestigungslöcher
geschraubt werden können.
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Bei
dieser erfindungsgemäßen Anordnung kann
der Turbinenmantel in der Axialrichtung stark verzwängt werden,
so daß der
Raum zum Verbinden mit der Abdeckung verringert werden kann.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den
Unteransprüchen dargelegt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. In
diesen zeigen:
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1A ist
eine Gesamtansicht eines herkömmlichen
Aufladers mit variabler Leistung, und 1B ist
eine Ansicht in der A-A-Richtung in 1A.
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2 zeigt
eine Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Aufladers mit
variabler Leistung.
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3A ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Querschnitts einer Befestigungsschraube, bevor diese angezogen
ist, welche zu einer Struktur zum Befestigen eines Turbinenmantels
an einer Abdeckung gehört,
und 3B ist eine vergrößerte Ansicht eines Querschnitts,
nachdem die Befestigungsschraube angezogen ist.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden unten unter Bezugnahme auf die Zeichnung
beschrieben.
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2, 3A und 3B zeigen
ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. In der gleichen Weise wie in 1A und 1B dargestellt,
ist ein ringförmiger
Turbinenmantel 9 mit einem Gasauslaßkanal 9a, welcher
an dem Innenumfang ausgebildet ist, an dem Innenumfang eines Turbinengehäuses 1 der
einem Lagergehäuse 3 gegenüberliegenden
Seite angeordnet. Ein ringförmiger
Kanal 10 ist zwischen in Axialrichtung gegenüberliegenden Flächen des
Außenumfangs
des Turbinenmantels 9 und des In nenumfangs des Turbinengehäuses 1 auf der
Seite des Lagergehäuses 3 ausgebildet.
In dem ringförmigen
Kanal 10 ist eine große
Anzahl von Düsenflügeln 16 angeordnet,
und deren Öffnungs-
bzw. Schließwinkel
kann durch eine sich drehende Betätigungswelle 17 eingestellt
werden, welche den Außenumfang
des Turbinenumfangs 9 durchdringt. Eine Getriebevorrichtung 19 ist
mit der oben erwähnten
Betätigungswelle 17 verbunden,
durchdringt eine Abdeckung 12, welche an dem Außenflächenabschnitt
des Turbinengehäuses 1 angebracht
ist, und ist mit einer externen Stelleinrichtung verbunden. Bei dem
wie oben beschrieben gestalteten Auflader mit variabler Leistung
ist der Turbinenmantel 9 derart aufgebaut, daß er mit
dem Turbinengehäuse 1 in
der Axialrichtung in Eingriff ist. Mindestens drei Befestigungslöcher 28 sind
in vorbestimmten Abständen
in der Umfangsrichtung an dem Gasauslaßkanal 9a des oben
erwähnten
Turbinenmantels 9 gebohrt. Außerdem ist eine ringförmige Haltevorrichtung 12a an dem
Innenflächenabschnitt
der oben erwähnten
Abdeckung 12 ausgebildet, so daß der Gasauslaßkanal 11 eingeschraubt
und gehalten werden kann. Schraubenlöcher 29 entsprechend
den oben erwähnten
Befestigungsschrauben 28 sind derart vorgesehen, daß eine Axialmitte
O1 des Schraubenlochs 29 gegenüber einer Axialmitte O2 eines
Befestigungslochs 28 in der Gasauslaßrichtung leicht versetzt ist.
Eine Halteschraube 30 mit einem Kegelstift 30a,
welcher sich an dem Spitzenabschnitt verjüngt, wird in das oben erwähnte Schraubenloch 29 geschraubt.
So wird der Kegelstift 30a in das Befestigungsloch 28 geschraubt,
wodurch der Turbinenmantel 9 und die Nebengetriebevorrichtung
(Drehmomentübertragungskammer) 18,
Düsenflügel 16, etc.
mit der Abdeckung 12 integriert sind.
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Außerdem ist
eine ringförmige
Vertiefung 31 an einem ringförmigen Kanalausbildungsabschnitt des
Turbinengehäuses 1 ausgebildet,
welcher den ringförmigen
Kanal 10 bildet. In dieser Vertiefung 31 ist eine
Spieleinstellplatte 33 angeord net, welche wie ein Ring
geformt ist. Das Spiel zwischen der Spieleinstellplatte 33 und
Düsenflügeln 16 wird
mittels einer Befestigungswelle 32 aufrechterhalten, welche
an dem Außenumfang
des Turbinenmantels 9 angebracht ist und die Umfangsabstände und
die Position der Spieleinstellplatte 33 bestimmt.
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Die
Gestaltungen der anderen Komponenten sind die gleichen wie die in 1A und 1B dargestellten,
so daß die
gleichen Abschnitte mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden.
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Bei
einem ersten Montieren der Vorrichtung wird der Gasauslaßkanal 9a des
Turbinenmantels 9 mit der ringförmigen Haltevorrichtung 12a der
Abdeckung 12 in Eingriff gebracht, und Halteschrauben 30 werden
mit Schraubenlöchern 29 verbunden
und angezogen. So kann der Turbinenmantel 9 an der Abdeckung 12 einseitig
befestigt werden, da der Kegelstift 30a, welcher sich an
der Spitze des Gewindestiftes 30 verjüngt, in das Befestigungsloch 28 eindringt. Dabei
wirkt, wie in 3A dargestellt, da die Axialmitte
O1 des Schraubenlochs 29 gegenüber der Axialmitte O2 des Befestigungslochs 28 in
der Gasauslaßrichtung
leicht versetzt ist, bei einem Einsetzen und Schrauben der Halteschraube 30 in
das Schraubenloch 29, wie in 3B dargestellt,
auf den Turbinenmantel 9 eine hohe Verzwängungskraft
in der Axialrichtung durch den Axialkegel des Kegelstifts 30a an
der Spitze der Halteschraube 30. Daher kann der Verbindungszwischenraum
zu der Innenseitenfläche der
Abdeckung 12 verringert werden, und gleichzeitig kann eine
Zentrierung erreicht werden.
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Bei
dem oben Beschriebenen kann aufgrund der Tatsache, daß die Getriebevorrichtung 19,
Düsenflügel 16,
die Spieleinstellplatte 33, etc. durch Sichtprüfungen montiert
und mit dem Turbinenmantel 9 integriert werden können, der
Turbinenmantel 9 als eine mit der Abdeckung 12 "fest verbundene" Einheit behandelt
werden. Daher können,
wenn die Abdeckung 12 von dem Turbinengehäuse 1 für eine Überprüfung etc.
entfernt wird, der Turbinenmantel 9 und die Getriebevorrichtung 19 für Düsenflügel 16 ebenfalls
als eine Einheit entfernt werden, und wenn diese später wieder
zusammengebaut werden, kann die Einheit einfach durch Anbringen
der Abdeckung 12 an dem Turbinengehäuse 1 zusammengebaut
werden. Anders ausgedrückt,
das Turbinengehäuse 9, die
Getriebevorrichtung 19 etc. müssen nicht demontiert werden,
sondern es treten gegenüber
einer erstmaligen Einstellung und eines erstmaligen Zusammenbaus
keine Positionsabweichungen bei der Anordnung auf, und die ursprünglichen
Zusammenbauzustände
können
selbst nach einem wiederholten Neuzusammenbau beibehalten werden,
selbst wenn die Abdeckung 12 häufig von dem Turbinengehäuse 1 entfernt
wird.
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Dabei
wird selbst bei einer thermischen Verformung des Turbinengehäuses 1 der
Turbinenmantel 9 nicht direkt durch die thermische Verformung
beeinträchtigt,
da der Turbinenmantel 9 mit der Abdeckung 12 integriert
und von dem Turbinengehäuse 1 getrennt
ist. Daher können
eine Konzentrizität
bzw. Egalisierung der Anordnung beibehalten werden. Außerdem kann
aufgrund der Tatsache, daß der
Gasauslaßkanal 9a des
Turbinenmantels 9 durch Kegelstifte 30a verzwängt wird,
welche an mindestens drei Umfangsstellen vorgesehen sind, eine Zentrierung durch
den Zusammenbau beibehalten werden, selbst wenn ein Unterschied
bei thermischen Ausdehnungen vorliegt.
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Gemäß dem oben
beschriebenen Auflader mit variabler Leistung der vorliegenden Erfindung,
ist der ringförmige
Turbinenmantel mit dem an dessen Innenumfang ausgebildeten Gasauslaßkanal an
dem Innenumfang des Turbinengehäuses
auf der dem Lagergehäuse
gegenüberliegenden
Seite angeordnet. Der ringförmige
Kanal ist zwischen in Axialrichtung gegenüberliegenden Flächen des
Außenumfangs des
Turbinenmantels und des Innenumfangs des Turbinengehäuses auf
der dem Lagergehäuse
gegenüberliegenden
Seite ausgebildet. In dem oben erwähnten ringförmigen Kanal ist eine große Anzahl von
Düsenflügeln angeordnet
und deren Öffnungs- bzw.
Schließwinkel
kann durch ein Drehen der Betätigungswelle
eingestellt werden, welche den Außenumfang des Turbinenmantels
durchdringt. Die Getriebevorrichtung ist mit der oben erwähnten Betätigungswelle
verbunden, durchdringt die an der Außenseitenfläche des Turbinengehäuses angebrachte Abdeckung
und ist mit einer externen Stelleinrichtung verbunden. Bei dem derart
aufgebauten Auflader mit variabler Leistung ist der Turbinenmantel
derart aufgebaut, daß er
mit dem Turbinengehäuse
in der Axialrichtung in Eingriff ist. Außerdem ist der Gasauslaßkanal des
oben erwähnten
Turbinenmantels an der Abdeckung angebracht, wodurch der Turbinenmantel mit
der Abdeckung integriert ist. Daher wird jegliche thermische Verformung
des Turbinengehäuses
nicht direkt auf den Turbinenmantel übertragen, so daß Wahrscheinlichkeiten
einer Änderung
der Konzentration bzw. der Egalisierung verringert werden. Ferner kann
aufgrund der Tatsache, daß eine
Montage der Getriebevorrichtung etc. visuell geprüft werden
kann, die Effizienz einer Montagearbeit erhöht werden. Außerdem kommt
es aufgrund der Tatsache, daß der Turbinenmantel,
die Getriebevorrichtung, etc. mit der Abdeckung als eine integrierte
Einheit fest verbunden werden können,
selbst dann nicht zu einer Verschiebung von Bauteilen, wenn die
Abdeckung häufig
entfernt wird. Folglich können
Anfangsmontagezustände
selbst nach einer erneuten Montage der Bauelemente aufrechterhalten
werden. Ferner sind eine Vielzahl von Befestigungslöchern in
den Gasauslaßkanal
des Turbinenmantels in Umfangsrichtung in vorbestimmten Abständen gebohrt.
Die ringförmige
Haltevorrichtung ist auf der Innenseitenfläche der Abdeckung ausgebildet,
so daß es
zu einem Eingriff mit dem Gasauslaßkanal und einem Halten des Gasauslaßkanals
kommt, und die Schraubenlöcher
entsprechend den oben erwähnten
Befestigungslöchern
sind an der ringförmigen
Haltevorrichtung mit einem leichten Versatz gegenüber den
Befestigungslöchern
in der Gasauslaßrichtung
ausgebildet. Die Halteschrauben mit Kegelstiften, welche sich an
den Spitzen verjüngen,
sind in Eingriff mit den oben erwähnten Schraubenlöchern, und
die Kegelstifte werden in die Befestigungslöcher geschraubt. Bei der oben
beschriebenen Anordnung können
die Kegelstifte den Turbinenmantel in der Axialrichtung stark verzwängen, so
daß der
Verbindungszwischenraum zu der Abdeckung verringert werden kann,
und der Aufbau kann frei von einem Totgang sein. Diese Wirkungen
sind bevorzugt und vorteilhaft.
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Jedoch
ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben erwähnten Ausführungsbeispiele
beschränkt,
und die Getriebevorrichtung kann ebenfalls in verschiedenen Weisen
aufgebaut sein, so daß verschieden
Abwandlungen vorgenommen werden können, vorausgesetzt, daß diese
nicht von dem Umfang der Ansprüche
der vorliegenden Erfindung abweichen.