DE10041806A1

DE10041806A1 - Turbolader

Info

Publication number: DE10041806A1
Application number: DE10041806A
Authority: DE
Inventors: Hiromitsu Ishihara; Kazunari Adachi; Jun Kawaguchi; Shinji Kono
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2001-03-08
Also published as: FR2797908A1; JP2001065356A

Abstract

Ein Turbolader mit einer Motoraufwärmfunktion und mit der Fähigkeit des Steuerns des Aufladens. Der Turbolader umfasst ein Schaltventil zwischen einem Abgaseinlassanschluss und einem inneren und äußeren Spiralabschnitt eines Turbinengehäuses. Der Turbolader fördert eine Aufwärmfunktion durch Schließen des Schaltventils, das die Strömung des Abgases zu einem Turbinenrotor hin blockiert und den Abgasdruck des Motors erhöht und folglich die Motorlast erhöht.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader und insbesondere auf einen Turbolader mit einer Motoraufwärmfunktion und mit der Fähigkeit des Steuerns des Aufladens bei einer Sollmotordrehzahl.

Ein Turbolader der variablen Volumenart mit einem Turbinengehäuse einschließlich zweigeteilten Kanälen zum Durchströmen mit Abgas, einem inneren Spiralabschnitt und einem äußeren Spiralabschnitt ist bereits bekannt, wie in der Offenlegungsschrift der Japanischen Patentanmeldung Nr. H10- 8977 offenbart ist (veröffentlicht am 13. Januar 1998), die hier unter Bezugnahme eingeschlossen ist. Der Turbolader der variablen Volumenart dreht einen Turbinenrotor durch das Abgas. Der Turbinenrotor ist in einem Turbinengehäuse in einem Kanal zum Durchströmen des Abgases angeordnet. Das durch den Turbinenrotor erzeugte drehende Drehmoment wird auf einen koaxial angeordneten Kompressorrotor übertragen. Eine Motoransaugluft wird komprimiert durch die Drehung des Kompressorrotors und Ansaugluft mit hoher Dichte (höher als das atomsphärische Druckniveau) wird zu einem Motoransauganschluss zugeführt.

Der variable Volumenturbolader teilt einen Spiralabschnitt des Turbinengehäuses in zwei Abschnitte, den inneren Spiralabschnitt und den äußeren Spiralabschnitt. Bei einem Niedrigdrehzahlbereich mit wenig Abgas strömt das Abgas in den inneren Spiralabschnitt mit kleinerer Kapazität, um den Turbinenrotor wirksam zu drehen. Bei einem Hochdrehzahlbereich mit einem großen Abgasdurchfluss wird das Abgas in den äußeren Spiralabschnitt eingeführt und die Drehung des Turbinenrotors wird gesteuert innerhalb einer vorgegebenen Drehzahl (eine unnötige Drehung des Turbinenrotors wird verhindert). Bei einem mittleren Drehzahlbereich steuert ein Schalter das Einströmverhältnis des Abgases in den inneren und äußeren Spiralabschnitt und eine gewünschte Aufladung wird ausgeführt.

Das Erwärmen des Motors wird gefördert, indem der Motor belastet wird durch eine Reduktion der wirksamen Querschnittsfläche eines Abschnitts des Kanals zum Durchströmen mit Abgas. Als eine Motorabgasdruckerhöhungseinrichtung zum Erwärmen des Motors wird ein Schaltventil angewandt, das an einem Einlassanschluss des Turbinengehäuses angeordnet ist. Demgemäß wird der Abgaseinlassanschluss des Turbinengehäuses geschlossen durch das Schaltventil, die Motorlast wird erhöht und der variable Volumenturbolader kann mit der Motoraufwärmfunktion versehen werden.

Jedoch hat der herkömmliche variable Volumenturbolader, der vorstehend erläutert ist, Nachteile. Das herkömmliche Schaltventil ist an dem Ende einer Teilungswand angeordnet, die den inneren und äußeren Spiralabschnitt teilt, das den Kanal zum Durchströmen mit Abgas nicht vollständig schließen kann und die Motorlast nicht erhöhen kann durch Anheben des Abgasdrucks.

Demgemäß besteht die Aufgabe dieser Erfindung in der Schaffung eines Schaltventils, das den Kanal des Abgases vollständig schließt, um die Motorlast zu erhöhen zum einfachen Erhalten einer Aufwärmfunktion und zum Steuern der Aufladung durch Steuern der Position des Schaltventils, um das Verhältnis des Abgases zu bestimmen, das in die Spiralabschnitte einströmt.

Um das vorangegangene Problem zu lösen, ist die folgende technische Einrichtung mit dem Turbolader dieser Erfindung vorgesehen, die folgendes umfasst: ein Turbinengehäuse mit einem Abgaseinlassanschluss und einem inneren und äußeren Spiralabschnitt, die die Strömung des Abgases teilen zum Drehen eines Turbinenrotors, und ein Schaltventil, das zwischen dem inneren und äußeren Spiralabschnitt und dem Abgaseinlassanschluss angeordnet ist, der in der Lage ist, den inneren und äußeren Spiralabschnitt gleichzeitig vollständig zu schließen.

Diese und andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden ersichtlich und leicht verständlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit den beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Zustands mit erhöhtem Rückdruck des Turboladers eines ersten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht des Turboladers des in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels, wobei gewählte Positionen eines Schaltventils des Turboladers gezeigt sind.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht des Turboladers eines zweiten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung.

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht des Turboladers eines dritten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung; und

Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht des Turbolader eines vierten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung.

Die Ausführungsbeispiele eines Turboladers dieser Erfindung sind unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis Fig. 5 folgendermaßen beschrieben. Ein Abgaseinlassanschluss 2 ist in einem Turbinengehäuse 1 angeordnet. Der Abgaseinlassanschluss 2 führt zu einem inneren Spiralabschnitt 4 und einem äußeren Spiralabschnitt 5, die durch eine dazwischen angeordnete Teilungswand 3 geteilt sind. Der innere Spiralabschnitt 4 und der äußere Spiralabschnitt 5 führen zu einem Turbinenrotor 7 mit Turbinenflügeln 6. Der Turbinenrotor 7 ist mit einem (nicht gezeigten) Abgasauslassanschluss verbunden und wirkverbunden mit einem (nicht gezeigten) Kompressor. Der bei diesem Ausführungsbeispiel verwendete Kompressor ist einer von einer gewöhnlichen Art, der bereits offenbart ist.

Eine Vielzahl von Verbindungsabschnitten 8 befinden sich in einer Fluidverbindung mit dem inneren Spiralabschnitt 4 und dem äußeren Spiralabschnitt 5 in der Teilungswand 3. Jede gegenüberliegende Fläche der Verbindungsöffnung 8 neigt sich mit einem unterschiedlichen Winkel, wodurch die Größe des Einströmwinkels vermindert ist und die Drehung des Turbinenrotors 7 sich vermindert. Ein scheibenförmiges Schaltventil 10 mit einer Drehmitte 9 zwischen dem Abgaseinlassanschluss 2 und der Teilungswand 3 ist angeordnet. Das Schaltventil 10 befindet sich in Kontakt mit einer Innenwand des Turbinengehäuses 1 und einem Wandabschnitt, der den Abgaseinlassanschluss 2 bildet, wenn das Turbinengehäuse 1 durch das Schaltventil 10 vollständig geschlossen ist (siehe Fig. 1), wodurch die Strömung des Abgases in das Turbinengehäuse 1 hinein blockiert ist und die Motorlast erhöht wird.

Das Schaltventil 10 ist in der Lage, drei Positionen (siehe Fig. 2) zu wählen in Übereinstimmung mit dem folgenden Muster des Abgases in dem Turbinengehäuse 1 zusätzlich zu dem vollständig geschlossenen Zustand (siehe Fig. 1). Bei der Position A (niedrige Drehzahl) strömt das Abgas nur in den inneren Spiralabschnitt 4. Dabei strömt das Abgas in einer tangentialen Richtung der Turbinenflügel 6 und tritt in Kontakt mit den Turbinenflügeln 6 mit einem großen Einströmwinkel. Bei der Position B (mittlere Motordrehzahl) strömt ein Teil des Abgases in den äußeren Spiralabschnitt 5 hinein, wodurch die Aufladung gesteuert wird. Bei der Position C (hohe Motordrehzahl) strömt das Abgas hauptsächlich in den äußeren Spiralabschnitt 5. Das zu der Drehmitte der Turbinenflügel 6 über die Verbindungsabschnitte 8 strömende Abgas tritt mit den Turbinenflügeln 6 mit einem kleinen Einströmwinkel in Kontakt.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel tritt die Strömung des Abgases an der gesamten Fläche des Schaltventils 10 in Kontakt. Das Schaltventil 10 braucht keine große externe Kraft, um den Abgaseinlassanschluss 2 vollständig schließen, da das Uhrzeigersinnelement und das Gegenuhrzeigersinnelement des Schaltventils gut ausgeglichen sind, um die geschlossene Position zu halten.

Obwohl das Schaltventil 10 in der Scheibenform bei diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, kann das Schaltventil aus einer rechtwinkligen Platte hergestellt sein in Abhängigkeit von der Form des inneren Spiralabschnitts 4 und des äußeren Spiralabschnitts 5, die in dem Turbinengehäuse 1 ausgebildet sind.

Ein anderes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Ein Ende eines Schaltventils 11 ist drehbar gestützt durch das Turbinengehäuse 1 bei der Verbindung des Abgaseinlassanschlusses 2 und des inneren und äußeren Spiralabschnitts 4, 5. Das Schaltventil 11 ist in der Lage, vier Positionen zu wählen einschließlich einer vollständig geschlossenen Position, einer Position A (niedrige Motordrehzahl), einer Position B (mittlere Motordrehzahl) und einer Position C (hohe Drehzahl), wie in Fig. 3 gezeigt ist. Die Strömungsrichtungen und Muster des Abgases in Übereinstimmung mit den jeweiligen Positionen des Schaltventils 11 sind dieselben wie jene des ersten Ausführungsbeispiels in Fig. 1.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt. Ein Schaltventil 12 weist ein erstes Ventilelement 13 und ein zweites Ventilelement 14 auf. Ein Ende des ersten Ventilelements 13 ist drehbar gestützt an dem Turbinengehäuse 1, so dass das erste Ventilelement 13 den Abgaseinlassanschluss 2 von dem äußeren Spiralabschnitt 5 trennt. Ein Ende des zweiten Ventilelements 14 ist drehbar gestützt an dem Turbinengehäuse 1, so dass das zweite Ventilelement 14 den Abgaseinlassanschluss 2 von dem inneren Spiralabschnitt 4 trennt.

Wenn das Schaltventil 12 vollständig geschlossen ist, wird die Strömung des Abgases blockiert, was zu einer Motoraufwärmbetriebsart führt, wobei die Last des Motors erhöht ist. Bei diesem Zustand befinden sich die freien Enden des ersten und zweiten Ventilelements 13, 14 in Kontakt mit der Teilungswand 3 und blockieren die Strömung des Abgases.

Wenn die Aufladung bei der niedrigen Motordrehzahl erforderlich ist, wird das zweite Ventilelement 14 in die Position bewegt, die in der Fig. 4 gestrichelt angedeutet ist, und das Abgas strömt in den inneren Spiralabschnitt 4 hinein. Wenn die Aufladung bei der mittleren Motordrehzahl erforderlich ist, werden die freien Enden des ersten und zweiten Ventilelements 13, 14 bewegt, um von der Teilungswand 3 getrennt zu sein, und sie steuern das Einströmverhältnis des Abgases in den inneren und äußeren Spiralabschnitt 4, 5. Wenn die Aufladung bei der hohen Motordrehzahl erforderlich ist, wird das freie Ende des ersten Ventilelements 13 bewegt, um einen großen Abstand von der Teilungswand 3 zu haben und die Einströmmenge des Abgases in den äußeren Spiralabschnitt 5 zu erhöhen.

Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt. Ein erstes Drosselklappenventil 15 und ein zweites Drosselklappenventil 16 sind an dem inneren Spiralabschnitt 4 und dem äußeren Spiralabschnitt 5 jeweils angeordnet. Das erste Drosselklappenventil 15 und das zweite Drosselklappenventil 16 sind mit einem Verbindungsglied 17 und einem Verbindungsglied 18 verbunden, die jeweils außerhalb des Turbinengehäuses 1 angeordnet sind. Das Öffnen und Schließen der Drosselklappenventile 15 und 16 wird gesteuert durch die Verbindungsglieder 17 und 18. Jedes Ventilelement bei anderen Ausführungsbeispielen, die in Fig. 1 bis 4 gezeigt sind, kann auch durch die Verbindungsglieder gesteuert werden.

Wenn das Aufwärmen des Motors erforderlich ist bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel, wird die Motorlast erhöht durch vollständiges Schließen des ersten Drosselklappenventils 15 und des zweiten Drosselklappenventils 16 und Blockieren der Strömung des Abgases in den inneren und äußeren Spiralabschnitt 4 und 5 hinein.

Wenn das Aufladen bei der niedrigen Motordrehzahl erforderlich ist (bei dem Niedrigdrehzahlbereich), wird das zweite Drosselklappenventil 16 geöffnet und das Abgas strömt in den inneren Spiralabschnitt 4 hinein. Wenn die Aufladung bei der mittleren Motordrehzahl erforderlich ist (bei dem mittleren Motordrehzahlbereich), werden das erste und zweite Drosselklappenventil 15 und 16 teilweise geöffnet und das Einströmverhältnis des Abgases in den inneren und äußeren Spiralabschnitt 4 und 5 wird gesteuert. Wenn die Aufladung bei der hohen Motordrehzahl erforderlich ist (bei dem Hochdrehzahlbereich), wird das erste Drosselklappenventil 15 geöffnet und das zweite Drosselklappenventil 16 wird geschlossen und das Abgas strömt in den äußeren Spiralabschnitt 5 hinein.

Bei den in Fig. 1 bis 5 gezeigten vorangegangenen Ausführungsbeispielen wird die Steuerung der Aufladung einfach durchgeführt durch die Wahl der Position der Schaltventile zusätzlich zu der Motoraufwärmfunktion.

Der erfindungsgemäße Turbolader hat eine Motoraufwärmfunktion und die Fähigkeit des Steuerns des Aufladens. Der Turbolader umfasst ein Schaltventil zwischen einem Abgaseinlassanschluss und seinem inneren und äußeren Spiralabschnitt seines Turbinengehäuses. Der Turbolader fördert eine Aufwärmfunktion durch Schließen des Schaltventils, das die Strömung des Abgases zu dem Turbinenrotor hin blockiert und den Abgasdruck des Motors erhöht und folglich die Motorlast erhöht.

Es ist beabsichtigt, dass die vorangegangene detaillierte Beschreibung als darstellend zu betrachten ist und nicht als einschränkend und es ist verständlich, dass die folgenden Ansprüche alle Äquivalente umfassen, die bei der Definition des Umfangs der Erfindung beabsichtigt sind.

Claims

1. Turbolader mit:
einem Turbinengehäuse mit einem Abgaseinlassanschluss und einem inneren und äußeren Spiralabschnitt, die die Strömung des Abgases zum Drehen eines Turbinenrotors teilen;
einem Schaltventil, das angeordnet ist zwischen dem inneren und äußeren Spiralabschnitt und dem
Abgaseinlassanschluss, das in der Lage ist, den inneren und äußeren Spiralabschnitt gleichzeitig vollständig zu schließen.

2. Turbolader nach Anspruch 1, wobei eine Mitte des Schaltventils drehbar gestützt ist durch das Turbinengehäuse.

3. Turbolader nach Anspruch 1, wobei ein Ende des Schaltventils drehbar gestützt ist durch das Turbinengehäuse.

4. Turbolader nach Anspruch 1, wobei das Schaltventil ein Paar Ventilelemente umfasst, wobei eines derselben den inneren Spiralabschnitt vollständig schließt und das andere derselben den äußeren Spiralabschnitt vollständig schließt.

5. Turbolader nach Anspruch 4, wobei das Schaltventil ein Drosselklappenventil ist.

6. Turbolader nach Anspruch 1 bis 5, wobei das Schaltventil betätigt wird, um durch einen Verbindungsmechanismus zu öffnen und zu schließen, der außerhalb des Turbinengehäuses angeordnet ist.