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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Mehrzylinder-Verbrennungsmotoranordnungen
und im Spezielleren Turbolader und zugehörige Turbinengehäuse, die
damit verwendet werden.
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Hintergrund
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Turboaufladung
bezieht sich auf Verfahren zum Erhöhen der Luft- oder Luft/Kraftstoff-Gemischdichte
eines Kraftfahrzeugmotors durch Aufladung des Ansaugluftstromes
in die Motorzylinder. Ein Turbolader verwendet einen Luftansaugverdichter,
der durch den Motorabgasstrom betrieben ist, um den Druck der Ansaugluft
zu erhöhen.
Eine Turboaufladung ist besonders wünschenswert, da sie ein Kraftstoff
sparendes Verfahren vorsieht, durch welches die Leistungsausgabe
des Motors bei Bedarf erhöht werden
kann. Gleichermaßen
kann für
einen gegebenen Leistungsausgabebedarf ein turboaufgeladener Motor
einen kleineren Hubraum aufweisen als ein Motor, der keine Aufladung
verwendet.
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Ein
Turbolader besteht allgemein aus einem Turbinenrad und einem Verdichterrad,
die an entgegengesetzten Enden einer Welle befestigt sind. Diese
Komponenten sind jeweils innerhalb eines Turbinengehäuses isoliert,
das ausgebildet ist, um den Abgasstrom aus dem Motor über die
Schaufelblätter des
Turbinenrades zu leiten, um zu bewirken, dass sich dieses schnell
dreht und dadurch die Welle und das daran angeordnete Verdichterrad
antreibt. Die Rotation des Verdichters speist Luft in das Verdichtergehäuse ein,
wo sie mit Druck beaufschlagt und dann zu dem Motoransaugkrümmer ausgegeben wird.
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Da
die Drehzahl des Verdichters von dem Druck des Abgasstromes abhängig ist,
der das Turbinenrad antreibt, ist oft nicht genug Druck während der
Anfangsmomente einer Fahrzeugbeschleunigung vorhanden, um die gewünschte Druckbeaufschlagung
der Ansaugluft bereitzustellen, was zu einem Turbo-„loch” führt. Ferner
ist oft auch zu viel Druck bei einer hohen Motorausgabe bzw. -leistung und
Spitzenmotordrehzahlen vorhanden, was zu einer Überdruckbeaufschlagung führen kann,
die ausreicht, um einen Schaden an dem Motor und dem Turbolader
zu verursachen, sodass üblicherweise
ein Wastegate verwendet wird, um Abgas abzulassen, um eine Überdruckbeaufschlagung
des Systems zu vermeiden. Diese Überlegungen
haben zu verschiedenen Ansätzen
geführt,
um eine besser optimierte Ausgabe des Turboladers, insbesondere
in Motoren mit separaten Zylinderbänken wie z. B. verschiedenen
gegenüberliegenden
und V-Zylinderkonfigurationen,
vorzusehen.
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Ein
solcher Ansatz war die Verwendung von verstellbaren Düsen oder
Schaufeln, um einen erhöhten
Druck bei niedrigen Motordrehzahlen und geringer Abgasausgabe vorzusehen,
was andernfalls mit einem Turbolader mit fester Geometrie nicht
realisiert werden kann. Allerdings, wegen der relativen Komplexität und Kosten
von Turboladern, die variable Düsen
enthalten, war die Verwendung in Benzinmotoren und kleinen Dieselmotoren
begrenzt. Ein weiterer Ansatz bestand im Einbau von Doppel-Turboladern,
einem Turbolader für
jede Zylinderbank, die oft mit Turbinenwellen orientiert sind, die
in entgegensetzten Richtungen rotieren. Doppel-Turboladerkonfigurationen wurden sowohl
in außen
liegenden als auch innen liegenden Abgaskonfigurationen verwendet.
Während
die Leistung von Doppel-Turboladersystemen allgemein akzeptabel
war, sind sie im Allgemeinen nicht wünschenswert wegen des zusätzlichen
Raumes unter der Motorhaube, der notwendig ist, um den zusätzlichen
Turbolader zu beherbergen, insbesondere im Fall von innen liegenden Doppel-Turboladern,
wo beide Turbolader im Raum zwischen den Zylinderbänken beherbergt
sein müssen,
und auch wegen der Kosten des zusätzlichen Turboladers. Ein noch
weiterer Ansatz war die Verwendung von verschiedenen Einzel-Turboladerkonfigurationen,
die sowohl eine außen
liegende als auch eine innen liegende Abgaskonfiguration umfassen. Jene
innen/außen
liegenden Konfigurationen sind kostengünstig, aber weniger wirksam,
wegen der Notwendigkeit, das Abgas von der Zylinderbank gegenüber der
dem Turbolader zugeordneten Bank weg zu führen. Des Weiteren sind solche
Konstruktionen schwierig unter der Motorhaube unterzubringen, da
das Abgas wie oben beschrieben geführt werden muss. Gleichermaßen wurden
innen liegende Einzel-Turbolader verwendet, aber die Abgasströmung zu
dem Turbolader ist oft auf Grund der Schwierigkeit einer korrekten
Führung
des Abgases von jeder der Zylinderbänke zu dem Turbineneinlass, insbesondere
wenn die Auslasskanäle
außen
liegend von den Zylinderbänken
angeordnet sind, beeinträchtigt.
In Bezug auf die Verwendung von Einzelturboladern wurden verschiedene
Twin-Scroll (Doppelspiralgehäuse)
-Konstruktionen vorgeschlagen, aber auch diese Konstruktionen waren
den oben beschriebenen Einschränkungen
in Verbindung mit der Unterbringung des Turboladers und der Führung des Abgases
zu dem Turbineneinlass unterworfen. Überdies haben solche Konstruktionen,
während
sie zwei Spiralgehäuse
verwenden, diese in symmetrischen Konfigurationen angeordnet, sodass
die Einlassöffnungen
für beide
Spiralgehäuse
an derselben radialen Stelle in Bezug auf das Zentrum der Rotation
des Turbinenrades positioniert sind. Dies führte zu der Notwendigkeit,
den Abgasstrom oder die Abgasströme
zu dieser einzelnen Stelle zum Durchgang in die Spiralgehäuse in Verbindung
mit dem Betrieb des Turbinenrades zu kanalisieren, was die Führung der Abgasleitungen
weiter einschränkt
und typischerweise die Notwendigkeit des Einbaus scharfer Biegungen
und anderer Verengungen mit sich bringt, die die Strömung der
Abgase in die Spiralgehäuse
beeinflussen und damit die Effizienz des Turboladers und des Motors
reduzieren.
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Angesichts
dieser und weiterer Einschränkungen
sind verbesserte Turbinengehäuse-
und Turboladerkonstruktionen wie auch Motoren wünschenswert, die geeignet sind,
solche Konstruktionen zu enthalten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In Übereinstimmung
mit einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Turbinengehäuse für ein drehbares
Turbinenrad eines Turboladers zur Verwendung in einem Kolben-Verbrennungsmotor
ein Turbinengehäuse
mit einer Gehäuseachse,
das ausgebildet ist, um eine drehbare Welle mit einem daran angeordneten
Turbinenrad zu beherbergen. Das Gehäuse umfasst eine Volute/einen
Diffusor mit einer Volutenkammer/einem Ausströmraum, die bzw. der um die
Gehäuseachse
herum angeordnet ist, um das Turbinenrad aufzunehmen. Die Volute
weist einen ersten Voluteneinlass, der einen ersten Strömungspfad
in fluidtechnischer Verbindung mit der Volutenkammer bereitstellt,
und einen zweiten Voluteneinlass auf, der einen zweiten Strömungspfad
in fluidtechnischer Verbindung mit der Volutenkammer bereitstellt.
Der erste Voluteneinlass ist in Umfangsrichtung um einen Phasenwinkel α um die Gehäuseachse
herum von dem zweiten Voluteneinlass beabstandet.
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In Übereinstimmung
mit einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Turbolader zur
Verwendung in einem Kolben-Verbrennungsmotor ein Turboladergehäuse und
eine Welle, die drehbar innerhalb des Turbolader gehäuses angeordnet
ist, wobei die Welle ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist.
Der Turbolader umfasst auch ein Verdichterrad, das an dem ersten
Ende der Welle angeordnet ist, und ein Turbinenrad, das an dem zweiten Ende
der Welle angeordnet ist. Das Turboladergehäuse umfasst eine Volute mit
einer Volutenkammer, die um eine Längsachse der Welle und des
Turbinenrades herum angeordnet ist. Die Volute weist einen ersten
Voluteneinlass, der einen ersten Strömungspfad in fluidtechnischer
Verbindung mit der Volutenkammer bereitstellt, und einen zweiten
Voluteneinlass auf, der einen zweiten Strömungspfad und eine fluidtechnische
Verbindung mit der Volutenkammer bereitstellt. Der erste Voluteneinlass
ist in Umfangsrichtung um einen Phasenwinkel α um die Achse der Welle herum
von dem zweiten Voluteneinlass beabstandet.
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In Übereinstimmung
mit einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Motoranordnung:
einen Motor mit einer ersten Zylinderbank, die einen ersten Zylinderkopf
aufweist, und einer zweiten Zylinderbank, die einen zweiten Zylinderkopf
aufweist. Die erste Zylinderbank und die zweite Zylinderbank weisen
eine gegenüberliegende
oder eine V-Konfiguration um eine gemeinsame Kurbelwelle herum auf.
Der erste Zylinderkopf weist einen ersten innen liegenden Abgasauslass
auf und der zweite innen liegende Zylinderkopf weist einen zweiten
innen liegenden Abgasauslass auf. Die Motoranordnung umfasst auch eine
Turboladeranordnung in fluidtechnischer Verbindung mit dem ersten
und dem zweiten Zylinderkopf. Die Turboladeranordnung weist ein
Turbinengehäuse
auf, welches umfasst: ein Gehäuse
mit einer Gehäuseachse,
das ausgebildet ist, um eine drehbare Welle mit einem daran angeordneten
Turbinenrad zu beherbergen; eine Volute mit einer Volutenkammer, die
um die Gehäuseachse
herum angeordnet ist, um das Turbinenrad aufzunehmen; einen ersten
Voluteneinlass, der einen ersten Strömungspfad und eine fluidtechnische
Verbindung mit der Volutenkammer bereitstellt; und einen zweiten
Volute neinlass, der einen zweiten Strömungspfad und eine fluidtechnische
Verbindung mit der Volutenkammer bereitstellt, wobei der erste Voluteneinlass
in Umfangsrichtung um einen Phasenwinkel α um die Gehäuseachse herum von dem zweiten
Voluteneinlass beabstandet ist. Der erste Voluteneinlass ist fluidtechnisch
mit dem ersten Abgasauslass gekoppelt und der zweite Voluteneinlass
ist fluidtechnisch mit dem zweiten Abgasauslass gekoppelt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden rein beispielhaft
aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen
ersichtlich, wobei sich die detaillierte Beschreibung auf die Zeichnungen
bezieht, in denen:
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1 eine
schematische Draufsicht einer beispielhaften Ausführungsform
der Motor- und Turboladeranordnung, wie hierin offenbart, veranschaulicht;
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2 eine
schematische Draufsicht eines Turbinengehäuses einer Turboladeranordnung
in Übereinstimmung
mit den Lehren der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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3 eine
Seitenansicht des in 2 gezeigten Turbinengehäuses veranschaulicht;
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4 eine
Querschnittsansicht des in 3 gezeigten
Turbinengehäuses
entlang des Schnittes 4-4 veranschaulicht;
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5 eine
Querschnittsansicht des in 2 gezeigten
Turbinengehäuses
entlang des Schnittes 5-5 veranschaulicht;
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6 eine
weitere Querschnittsansicht des in 2 gezeigten
Turbinengehäuses
entlang des Schnittes 6-6 veranschaulicht;
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7 eine
Querschnittsansicht einer zweiten beispielhaften Ausführungsform
eines Turbinengehäuses
veranschaulicht; und
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8 eine
Querschnittsansicht einer dritten beispielhaften Ausführungsform
eines Turbinengehäuses
veranschaulicht.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung sieht verbesserte Turbinengehäuse und
Turbolader, welche dieselben beinhalten und verbesserte Fluidströmungs- und
andere Unterbringungs- und andere Betriebseigenschaften aufweisen,
wie auch Zylinderköpfe
und Motoranordnungen vor, welche diese Gehäuse und Turbolader beinhalten.
Ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung umfasst einen
Turbolader zur Verwendung mit Zylinderköpfen eines Motors mit integral
gebildeten inneren Abgaskrümmern,
die auch gegenüberliegende,
innen liegende Auslasskanäle (d.
h. Kanäle,
die nach innen, um eine Mittelebene des Motors durch die Kurbelwellenachse,
in Richtung zueinander weisen) aufweisen. Diese Konfiguration ist
besonders vorteilhaft, da sie die Möglichkeit vorsieht, das Abgas
aus in Umfangsrichtung beabstandeten Zylinderbänken in einem Mehrzylinder-Kolben-Verbrennungsmotor,
wie unter 180° gegenüberliegende
Bänke eines
Doppel- oder Mehrzylindermotors oder eines V-Motors (z. B. V4, V6,
V8, V10 oder sonst wie) fluidtechnisch mit einem Einzelturbolader zu
koppeln. Ein weiteres Merkmal umfasst Zylinderköpfe eines V-Motors mit gegenüberliegenden,
innen liegenden Auslasskanälen,
die mit Abgaseinlassleitungen oder Leitungen der Turboladeranordnung ausgerichtet
sind. Dies sieht die Möglichkeit
vor, das Abgas direkt von den Auslasskanälen in den Turbolader einzubringen,
ohne die Fluidströmungsrichtung wesentlich
zu ändern.
Dies sorgt für
eine verbesserte Abgasströmung
und vermeidet Strömungsdrosselungen
und Druckverluste und verbessert dadurch die Effizienz der Abgasnutzung
durch den Turbolader und den Motor. Außerdem sind die Turbineneinlassleitungen
derart ausgebildet, dass sie die Abgasströmung weiter von den Zylinderköpfen zu
einer Volutenkammer eines Turbinengehäuses leiten, um Verluste in
der Strömungsgeschwindigkeit
und der kinetischen Energie des Abgases zu reduzieren, das in das
Turbinengehäuse
hinein und innerhalb desselben strömt. Dies wird erreicht, indem
das Abgas im Wesentlichen in derselben Richtung in das Turbinengehäuse geleitet
wird, in der es die Abgasauslässe verlässt, d.
h. tangential zu dem Turbinenrad in Bezug auf eine gewünschte Abgasströmung innerhalb des
Turbinengehäuses.
Die Eliminierung (oder deutliche Reduktion) einer Strömungsdrosselung
im Zusammenhang mit dieser Konstruktion sorgt für eine verbesserte Effizienz,
eine verbesserte Leistung und ein verbessertes Ansprechverhalten
(d. h. verkleinertes Turboloch) des Turboladers. Weitere Merkmale und
Vorteile werden aus der nachfolgenden Beschreibung offensichtlich.
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Im
Allgemeinen, unter Bezugnahme auf die 1–4,
ist eine Motoranordnung 10 mit einer Turboladeranordnung 12 offenbart.
Die Motoranordnung 10 umfasst getrennte Zylinderbänke als
Teil eines sich hin- und herbewegenden Mehrzylinder-Verbrennungsmotors.
Die Zylinderbänke
sind in Umfangsrichtung um eine gemeinsame Kurbelwelle herum beabstandet
oder getrennt, die funktionell Kolben zugeordnet ist, welche innerhalb
der jeweiligen Zylinder des Motors angeordnet sind. Dies umfasst Motorkonfigurationen
wie z. B. direkt gegenüberliegende Zylinderbänke mit
einem 180°-Abstand
der Zylinder, wie auch V-Motorkonfigurationen einschließlich V4-, V6-,
V8-, V10- und andere V-förmige
Zylinderbankkonfigurationen. In einer beispielhaften Ausführungsform
umfasst die Motoranordnung 10 einen Motorblock 14 mit
einer ersten Zylinderbank 16 und einer zweiten Zylinderbank 18.
Die Motoranordnung 10 mit einer V-förmigen Zylinderbankkonfiguration
umfasst eine erste Zylinderbank 16 mit einem abnehmbar
angebrachten ersten Zylinderkopf 20 und eine zweite Zylinderbank 18 mit
einem abnehmbar angebrachten zweiten Zylinderkopf 22. Der
erste und der zweite Zylinderkopf 20, 22 umfassen
jeweils einen integral gebildeten inneren Abgaskrümmer (nicht
gezeigt) mit einem oder mehreren Abgaskanälen (nicht gezeigt), die jedem
der Zylinder des Zylinderkopfes zugeordnet sind und Abgase, die
während
des Betriebes der Motoranordnung 10 produziert werde, fluidtechnisch zu
dem ersten Auslasskanal 24 bzw. dem zweiten Auslasskanal 26 weiterleiten.
Vorteilhafterweise befinden sich der erste Auslasskanal 24 und
der zweite Auslasskanal 26 in einer gegenüberliegenden,
innen liegenden Auslasskanalkonfiguration, in der die Kanäle um eine
imaginäre
Mittelebene des Motors nach innen in Richtung zueinander weisen.
Als ein weiterer Vorteil können
der erste Zylinderkopf 20 und der zweite Zylinderkopf 22 und
ihre inneren Auslasskrümmer
identische Teile sein und verkehrt herum auf ihren jeweiligen Zylinderbänken 16, 18 umgedreht
sein, was eine Vereinheitlichung und Reduktion der der Motoranordnung 10 zugeordneten
Teileanzahl zulässt.
Als ein noch weiterer Vorteil können
der erste Auslasskanal 24 und der zweite Auslasskanal 26 asymmetrisch
in Bezug auf jeweilige Querachsen T1, T2 der jeweiligen Zylinderköpfe 20, 22 angeordnet sein.
Anders ausgedrückt
kann das Zentrum, eines jeden von dem ersten Auslasskanal 24 und
dem zweiten Auslasskanal 26, wie durch C1 bzw.
C2 veranschaulicht, von der jeweiligen Querachse
T1, T2 des Zylinderkopfes,
dem er zugeordnet ist, um einen Versetzungsabstand d1,
d2 in Bezug auf seinen jeweiligen Kanal 24, 26 versetzt
sein. Der Einbau der Versetzungen d1 d2 ermöglicht
die vorteilhaften hierin beschriebenen Turbinengehäusekonfigurationen,
indem eine axiale Trennung der Auslasskanäle vorgesehen ist und eine
ausreichende Raumummantelung vorgesehen wird, um die hierin beschriebenen
Gehäusemerkmale,
insbesondere die Doppelspiralgehäuse
oder -voluten, innerhalb einer Raumummantelung einzubauen. Die Versetzungen
d1 und d2 können jede
beliebige Distanz sein, die wirksam ist, um die gewünschte Trennung
der Auslasskanäle
bereitzustellen. In einer beispielhaften Ausführungsform des V-Motors können die
Versetzungen abhängig
von der Größe des Turboladers,
die wiederum von der Anzahl der Zylinder, der Zylinderdurchmesser
und anderen Faktoren abhängig
ist, von 1 bis 5 Zoll betragen. Um den Vorteil einer Konstruktion
mit einem einzigen gemeinsamen Zylinderkopf wie oben beschrieben
zu realisieren, würden
d1 und d2 gleich
gehalten werden.
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Der
erste Auslasskanal 24 und der zweite Auslasskanal 26 sind
jeweils ausgebildet, um fluidtechnisch mit der Turboladeranordnung 12 gekoppelt zu
sein. Ferner können
der erste Zylinderkopf 20 und der zweite Zylinderkopf 22 jeweils
Befestigungsmerkmale wie z. B. verschiedene Flansche und Gewindebohrungen
umfassen, die in Verbindung mit Gewindebolzen 28 verwendet
werden können,
um die Turboladeranordnung 12 daran anzubringen.
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Die
Turboladeranordnung 12 umfasst ein Turboladergehäuse 30.
Das Turboladergehäuse 30 ist
eine Anordnung aus dem Turbinengehäuse 32, einem Lagergehäuse 34 und
einem Verdichtergehäuse 36.
Das Turbinengehäuse 32 umfasst
eine Schale 38 mit einer Innenfläche 40 und einer Außenfläche, wie in
den 2–4 gezeigt.
Das Turbinengehäuse 32 umfasst
eine Turbinenvolute 43 mit einer Turbinenvolutenkammer 44 zum
Aufnehmen eines Turbinenrades 46, welches drehbar durch
ein erstes Ende einer Welle 48 gelagert ist, die sich durch
das Lagergehäuse 34 hindurch
erstreckt und in diesem gelagert ist. Das Verdichtergehäuse 36 definiert
eine Verdichtervolute 49 mit einer Verdichtervolutenkammer 50 zum
Aufnehmen eines Verdichterrades 52, welches drehbar durch
ein zweites Ende der Welle 48 gelagert ist.
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Unter
Bezugnahme auf die 1–6 umfasst
eine beispielhafte Ausführungsform
des Turbinengehäuses 32 ein
Twin-Scroll- oder Doppelvoluten-Turbinengehäuse 32 mit
einer ersten Turbinenvolute 43.1 und einer zweiten Turbinenvolute 43.2,
die ausgebildet sind, um zwei Fluidströmungspfade innerhalb des Turbinengehäuses 32 zu
bilden. Zusammen bilden die erste Volute 43.1 und die zweite
Volute 43.2 die Turbinenvolute 43. Die zwei Strömungspfade
können
durch ein Wandelement oder ein Septum 53 getrennt sein
(4), das die Turbinenvolutenkammer 44 trennt
und zusammen mit den anderen Abschnitten der Turbinenvolute 43 zwei
getrennte Fluidströmungspfade,
und zwar einen ersten Fluidströmungspfad
P1 und einen zweiten Fluidströmungspfad
P2, definiert, die durch den ersten Spiralgehäusedurchgang 54 bzw.
durch den zweiten Spiralgehäusedurchgang 56 hindurch
führen.
Die Turbinenvolutenkammer 44 umfasst sowohl den zentralen Abschnitt
der Kammer, wo das Turbinenrad 46 angeordnet ist, als auch
den ersten Spiralgehäusedurchgang 54 und
den zweiten Spiralgehäusedurchgang 56.
Die Innenfläche 40 der
Schale 38 umfasst einen ersten Spiralgehäusedurchgang 54 und
einen zweiten Spiralgehäusedurchgang 56,
die sich als spiralenartige Leitungen um eine Achse (A) des Turbinengehäuses 32,
die auch die Achse der Welle 48 sein kann, nach innen erstrecken.
Der erste und der zweite Spiralgehäusedurchgang 54, 56 und
der erste Strömungspfad
und der zweite Strömungspfad
P1, P2 sind benachbart
zu dem Turbinenrad angeordnet und stehen in fluidtechnischer Verbindung
damit. Das Turbinengehäuse 32 umfasst
auch eine erste Abgaseinlassleitung 58, die zusammen mit
dem ersten Spiralgehäusedurchgang 54 einen
ersten Fluidströmungspfad
P1 zwischen der ersten Zylinderbank 16 und
der Turbinenvolutenkammer 44 umfasst. Die erste Einlassleitung 58 ist
ausgebildet, um abdichtend und fluidtechnisch mit dem ersten Auslasskanal 24 gekoppelt
zu sein, und kann auch einen flexiblen Teil wie z. B. einen flexiblen
Balgabschnitt 59 umfassen, um eine Bewegung der ersten
Abgaseinlassleitung 58 zuzulassen, um eine Fehlausrichtung
zwischen der ersten Einlassleitung 58 und dem ersten Auslasskanal 24 auf
Grund von Fertigungstoleranz-Summierungen oder anderer Faktoren
im Zusammenhang mit der Montage der Turboladeranordnung 12,
der Motoranordnung 10 oder beider zu berücksichtigen, und
um eine Wärmeausdehnung
des Turbinengehäuses
zuzulassen, da dessen Temperatur von ihrer geplanten Betriebstemperatur
bis zur Umgebungstemperatur, wenn der Motor nicht in Betrieb ist, schwanken
kann. Das Turbinengehäuse 32 umfasst auch
eine zweite Abgasauseinleitung 60, die zusammen mit dem
zweiten Spiralgehäusedurchgang 56 einen
zweiten Fluidströmungspfad
P2 zwischen der zweiten Zylinderbank 18 und
der Turbinenvolutenkammer 44 umfasst. Die zweite Einlassleitung 60 ist ausgebildet,
um abdichtend und fluidtechnisch mit dem zweiten Auslasskanal 26 gekoppelt
zu sein, und kann auch einen flexiblen Teil wie z. B. einen flexiblen Balgabschnitt 61 umfassen,
um eine Bewegung der zweiten Abgaseinlassleitung 60 zuzulassen,
um eine Fehlausrichtung zwischen der zweiten Einlassleitung 60 und
dem zweiten Auslasskanal 26 auf Grund von Fertigungstoleranz-Summierungen
oder anderer Faktoren im Zusammenhang mit der Montage der Turboladeranordnung 12,
der Motoranordnung 10 oder beider zu berücksichtigen.
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Der
erste Strömungspfad
P1 umfasst eine erste Achse A1 und
der zweite Strömungspfad
P2 umfasst eine zweite Achse A2.
Die erste Einlassleitung 58 ist über ein erstes Kopplungsmerkmal 62 wie
z. B. einen Flansch 62, der einen ersten Durchgangseinlass 81 aufweist,
mithilfe von Bolzen 28 oder Bandverschlüssen oder anderen Befestigungselementen oder
Kopplungsmitteln, die geeignet sind, um die Turboladeranordnung 12 an
der Motoranordnung 10 zu befestigen, fluidtechnisch mit
dem ersten Auslasskanal 24 gekoppelt. Die zweite Einlassleitung 60 ist über ein
zweites Kopplungsmerkmal wie z. B. einen Flansch 64, der
einen zweiten Durchgangseinlass 85 aufweist, mithilfe von
Bolzen 28 oder anderen Befestigungselementen oder Kopplungsmitteln,
die geeignet sind, um die Turboladeranordnung 12 an der
Motoranordnung 10 zu befestigen, fluidtechnisch mit dem
zweiten Auslasskanal 26 gekoppelt. Es können auch andere geeignete
Befestigungsverfahren und -mittel wie z. B. Schweißen, Einspannen
oder dergleichen verwendet werden, um die Turboladeranordnung 12 an
der Motoranordnung 10 zu befestigen.
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Während des
Betriebes der Motoranordnung 10 verlässt Abgas, das von dem Motor
erzeugt wird, den ersten Zylinderkopf 20 durch den ersten
Auslasskanal 24 und den zweiten Zylinderkopf 22 durch
den zweiten Auslasskanal 26 in jeweilige Abgasimpulsfolgen,
die der Zündung
der innerhalb der jeweiligen Zylinderköpfe angeordneten Zylinder zugeordnet
sind. Das aus dem ersten Auslasskanal 24 austretende Abgas
tritt in die erste Abgaseinlassleitung 58 des Turbinengehäuses 32 ein
und bewegt sich den ersten Strömungspfad
P1 entlang durch den ersten Spiralgehäusedurchgang 54 hindurch
zu der Turbinenvolutenkammer 44. Das aus dem zweiten Auslasskanal 26 austretende
Abgas tritt in die zweite Abgaseinlassleitung 60 des Turbinengehäuses 32 ein
und bewegt sich den ersten Strömungspfad
P2 entlang durch den zweiten Spiralgehäusedurchgang 56 hindurch
zu der Turbinenvolutenkammer 44. In dieser Ausführungsform
leiten der erste und der zweite Strömungspfad P1 und
P2 das Abgas im Wesentlichen in derselben
Richtung wie ein Turbinenvolutenkammer-Strömungspfad
P, der durch die schnelle Drehung des Turbinenrades 46 definiert
ist. Außerdem stehen
der erste und der zweite Strömungspfad
P1 und P2 allgemein
tangential zu dem Turbinenvolutenkammer-Strömungspfad P. Das sich den ersten
und den zweiten Strömungspfad
P1 P2 entlang bewegende
Abgas bewegt sich über
den ersten Spiralgehäusedurchgang 54 bzw.
den zweiten Spiralgehäusedurchgang 56 um
das Turbinengehäuse 32 herum, um
in Schaufelblätter
des Turbinenrades 46 einzugreifen. Da sich die Querschnittsfläche des
ersten und des zweiten Strömungspfades 54, 56 in
der Richtung der Fluidströmung
verringert, wird die Abgasströmung
darin in den Volutenkammer-Strömungspfad
P gezwungen. Abgas von dem Volutenkammer-Strömungspfad verlässt den
Turbolader, entweder durch eine Abgasleitung oder -leitungen, die
an dem ersten Ende 68 des Turbinengehäuses 32 angebracht
oder sonst wie der Schale 38 zugeordnet sind, in das Fahrzeugabgassystem.
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Unter
Bezugnahme auf die 1–3 ist eine
beispielhafte Ausführungsform
des Turbinengehäuses 32 der
Turboladeranordnung 12 gezeigt. In dieser Konfiguration
bildet das Turbinengehäuse 32 die
Turbinenvolute 43 und die Turbinenvolutenkammer 44,
die ausgebildet ist, um das Turbinenrad 46 aufzunehmen.
Die Turbinenvolute 43 und die Turbinenkammer 44 sind
durch die Schale 38 definiert. Die Schale 38 kann
jede beliebige Form einschließlich der
allgemein zylindrischen Form, die in den 2 und 3 gezeigt
ist, aufweisen. Die Schale 38 erstreckt sich zwischen einem
ersten Ende 68 und einem zweiten Ende 70 des Turbinengehäuses 32. Das
erste Ende 68 des Turbinengehäuses 32 umfasst eine
erste Öffnung 72 zur
Bereitstellung eines Ausgangs des das Gehäuse 32 verlassenden
Abgases. Demgemäß umfasst
das erste Ende 68 des Turbinengehäuses 32 ein erstes
Anbringungsmerkmal wie z. B. einen Flansch 74, der zusammenpassend mit
einer Abgasleitung (nicht gezeigt) durch einen zusammenpassenden
Flansch eines Abgassystems der Motoranordnung 10 mithilfe
eines beliebigen geeigneten Anbringungsmittels wie z. B. eines U-förmigen Verbindungsbandes
(nicht gezeigt) in Eingriff stehen kann. Das zweite Ende 70 des
Turbinengehäuses 32 bildet
eine zweite Öffnung 76 zum
Aufnehmen der Welle 48 und optional einen Abschnitt einer Lageranordnung
für die
Welle 48, die hauptsächlich innerhalb
des Lagergehäuses 34 beherbergt
ist. Das zweite Ende 70 des Turbinengehäuses 32 umfasst ein
zweites Anbringungsmerkmal wie z. B. einen Flansch 78,
der mit einem beliebigen geeigneten Anbringungsmittel wie z. B.
einem U-förmigen
Verbindungsband (nicht gezeigt) zusammenpassend mit einem Anbringungsmittel
wie z. B. Flansch an dem entsprechenden Ende des Lagergehäuses 34 in
Eingriff stehen kann.
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Unter
Bezugnahme auf die 1–4 ist das
Turbinengehäuse 32 um
eine Gehäuseachse
A herum gebildet. Die Gehäuseachse
kann eine Rotationsachse eines Turbinenrades 46, das innerhalb der
Turbinenvolutenkammer 44, eines Zentrums der ersten Öffnung 72,
der zweiten Öffnung 76 oder
von beiden, einer Kombination davon oder sonst wie angeordnet ist,
umfassen. In der Ausführungsform,
die in den 1–4 veranschaulicht
ist, umfasst die Gehäuseachse
A die Rotationsachse des Turbinenrades 46.
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Unter
Bezugnahme auf die 3, 5 und 6 variiert
die erste Achse A1 des ersten Strömungspfades
P1 in der Richtung entlang der Länge des
ersten Strömungspfades.
Die erste Achse A1 des ersten Strömungspfades
P1 umfasst ein erstes Ende 80,
das benachbart zu der ersten Abgaseinlass- 81 Turbinenvolute 44 angeordnet
ist, und ein zweites Ende 82, das benachbart zu dem ersten
Volutenkammereinlass 83 angeordnet ist. Gleichermaßen variiert auch
die zweite Achse A2 des zweiten Strömungspfades
P2 in der Richtung entlang der Länge des
zweiten Strömungspfades
P2. Die zweite Achse A2 des
zweiten Strömungspfades
P2 umfasst ein erstes Ende 84, das
benachbart zu dem zweiten Abgaseinlass 85 angeordnet ist,
und ein zweites Ende 86, das benachbart zu dem zweiten
Volutenkammereinlass 87 angeordnet ist.
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In
dieser Konfiguration sind die zweiten Enden 82, 86 der
ersten und der zweiten Achse A1, A2 benachbart zu dem ersten Voluteneinlass 83 in
den ersten Spiralgehäusedurchgang 54 und
dem zweiten Voluteneinlass 87 in den zweiten Spiralgehäusedurchgang 56 angeordnet
und sind derart orientiert, dass der erste und der zweite Strömungspfad
P1, P2 durch sie
hindurch im Wesentlichen tangential in Bezug auf die Außenkante
des Turbinenrades 46 stehen. Die im Wesentlichen tangentiale
Orientierung ist über
den gesamten ersten Spiralgehäusedurchgang 54 und
den zweiten Spiralgehäusedurchgang 56 durch
ihre spiralenartige Form aufrechterhalten. Dies ist eine besonders
vorteilhafte Orientierung, da die Fluidströmungsgeschwindigkeit der Abgase,
die sich entlang des ersten und des zweiten Strömungspfades P1,
P2 bewegen, weniger eingeschränkt, da
sie in die Turbinenvolutenkammer 44 mit dem Volutenkammer-Strömungspfad
P eintreten und eine Strömung allgemein
in derselben Richtung damit beibehalten. Ferner, da die Abgase sich
weiterhin entlang des ersten und des zweiten Strömungspfades P1,
P2 allgemein in derselben Richtung wie der
Volutenkammer-Strömungspfad
P bewegen, ist das in die Turbinenvolutenkammer 44 eintretende
Abgas weniger zerstörend
für die
vorhandene Strömung
innerhalb des Volutenkammer-Strömungspfades
P in der Turbinenvolutenkammer 44. Diese spiralenartigen
Voluten- und Strömungspfadorientierungen
sind besonders vorteilhaft, da sie für eine effizientere und ein besseres
Ansprechverhalten aufweisende Turboladeranordnung 12 und
somit auch Motoranordnung 10 sorgen, wie hierin weiter
beschrieben.
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Der
erste Voluteneinlass 83 in den ersten Spiralgehäusedurchgang 54 und
der zweite Voluteneinlass 87 in den zweiten Spiralgehäusedurchgang 56 sind
in Umfangsrichtung voneinander beabstandet und sind radial um die
Turbinenachse A beabstandet und axial entlang dieser beabstandet und weisen
auch die Orientierung des ersten und des zweiten Strömungspfades
P1, P2, im Wesentlichen tangential
mit Bezug auf die Außenkante
des Turbinenrades 46 auf, wie oben beschrieben. Der Abstand in
Umfangsrichtung kann ein beliebiger Winkelabstand sein. In der Ausführungsform
der 1–6, unter
Maßgabe
der im Wesentlichen ähnlichen
Konstruktion der Spiralgehäuse 43.1, 43.2 und
der zugeordneten Abgaseinlassleitungen 58, 60 sind
die Abschnitte der ersten und der zweiten Achse A1,
A2 und der entsprechenden ersten und zweiten
Abgaseinlassleitung 58, 60 bei Betrachtung aus
der in 3 gezeigten Perspektive unter einem Winkel „α” mit Bezug
aufeinander angeordnet. Der Winkel α entspricht dem Winkelabstand
und der Phasenverschiebung zwischen dem ersten Voluteneinlass 83 und
dem zweiten Voluteneinlass 87. In der beispielhaften Ausführungsform
der 1–6,
in der Twin-Scroll-Konfiguration, repräsentiert der Winkel α auch die
Winkelversetzung und Phasenverschiebung zwischen den Spiralgehäusen, nämlich der
ersten Turbinenvolute 43.1 und der zweiten Turbinenvolute 43.2.
Die Phasenverschiebung der Spiralgehäuse in einer Twin-Scroll-Konstruktion
kann verändert
werden, um die Verteilung der treibenden Kraft, die den in dem ersten
und dem zweiten Strömungspfad
P1, P2 strömenden Abgasströmen zu dem
Turbinenrad zugeordnet sind, zu ändern,
um so ein größeres Gleichgewicht
oder Ungleichgewicht der Gasströmungen und
der zugehörigen
treibenden Kräfte
um den Umfang des Turbinenrades 46 herum bereitzustellen. Dies
kann z. B. getrennt oder gemeinsam mit einer Reduktion von Strömungsdrosselungen
in Verbindung mit dieser Konstruktion eine erhöhte Ladeleistung oder eine
Reduktion des Loches in Verbindung mit der Turboladeranordnung 12 ermöglichen.
Der Abstand in Umfangsrichtung einschließlich des Winkels α zwischen
der ersten und der zweiten Achse A1, A2 kann derart gewählt sein, dass sie eine/n beliebige/n
gewünschten
Abstand und Winkeltrennung des ersten Voluteneinlasses 83 und
des zweiten Voluteneinlasses 87 einschließlich jeder
beliebigen geeigneten Phasenverschiebung für Twin-Scroll-Konstruktionen
bereitstellt, einschließlich
eines beliebigen Winkels, der eine geeignete fluidtechnische Kopplung
mit inneren Abschnitten des ersten und des zweiten Zylinderkopfes 20, 22 bereitstellt,
wie z. B. Konfigurationen, welche die Strömungsdrosselungen und Druckverluste
von den Abgasauslässen 24, 26 zu dem
entsprechenden ersten bzw. zweiten Voluteneinlass 83, 87 minimieren.
Zum Beispiel liegt in beispielhaften Ausführungsformen für viele
V-Zylinderkonfigurationen der Winkel, welcher den ersten Voluteneinlass 83 und
den zweiten Voluteneinlass 87 trennt, zwischen etwa 40° bis 110° oder liegt
im Spezielleren zwischen etwa 80° bis
100° für viele
V8-Motoren. Diese Bereiche der Winkeltrennung sind für viele übliche V-Zylinderkonfigurationen
geeignet; es werden jedoch auch andere Winkelbereiche in Erwägung gezogen,
insbesondere wenn die Winkeltrennung der Zylinder erhöht ist,
umfassend V-Motorkonfigurationen mit großen Trennungswinkeln wie auch gegenüberliegende
Zylinderkonfigurationen, wo die Winkeltrennung etwa 180° betragen
kann. In diesen Konfigurationen kann die Winkeltrennung größer als 110°, bis zu
etwa 180° sein.
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Der
radiale Abstand des ersten und des zweiten Voluteneinlasses 83, 87 von
der Turbinenachse wird von der Größe des Turbinenrades, den volumetrischen
Anforderungen der Spiralgehäuse und
anderen bekannten Konstruktionsüberlegungen abhängig sein.
Der axiale Abstand des ersten und des zweiten Voluteneinlasses 83, 87 entlang
der Turbinenachse wird von der Konfiguration der Volute oder Volute,
einschließlich
dessen, ob das Gehäuse ein
Single-Scroll oder ein Twin-Scroll ist, abhängig sein. In einer Single-Scroll-Konfiguration
(8) wird ihr axialer Abstand allgemein relativ
klein, einschließlich
der Möglichkeit
null sein, und wird von der axialen Ausdehnung der Volutenspirale,
der Winkeltrennung des ersten und des zweiten Voluteneinlasses und
anderer Faktoren abhängig
sein. In einer Twin-Scroll-Konfiguration (1–6)
wird ihr axialer Abstand allgemein relativ größer sein als in einer Single-Scroll-Konstruktion
und wird von der axialen Ausdehnung sowohl der Volutenspiralen,
der Winkeltrennung des ersten und des zweiten Voluteneinlasses als
auch anderen Faktoren abhängig
sein.
-
In
Abhängigkeit
von der Versetzung zwischen dem Auslasskanal 24 und dem
Auslasskanal 26, wie oben beschrieben, und den relativen
Größen der
Volute 43, können
in der Twin-Scroll-Konfiguration, die in den 1-6 gezeigt
ist, die erste und die zweite Achse A1,
A2 unter einem beliebigen geeigneten Winkel β zu der Gehäuseachse
A angeordnet sein, wie in 2 gezeigt.
Des Weiteren können
die durch die erste und die zweite Achse A1,
A2 gebildeten Winkel, abhängig von
den oben erwähnten
Faktoren wie auch von anderen zugehörigen Faktoren dieselben oder
verschieden sein (d. h. (β1, β2). Der Winkel β wird derart gewählt sein,
dass er einen sanften Übergang
von dem ersten Auslasskanal 24 und dem zweiten Auslasskanal 26 zu
der Turbinenvolute 43 bereitstellt, um die erforderliche
Strömung
von Abgasen zu dem Turbinenrad 46 mit einem Minimum an Einschränkungen
einschließlich
Richtungsänderungen
und Druckverlusten vorzusehen. Unter Bezugnahme auf 2 sind
in einer beispielhaften Ausführungsform
die erste und die zweite Achse A1, A2 entlang von Ebenen angeordnet, die allgemein
parallel in Bezug zueinander stehen, was wünschenswert ist, wenn für beide
Zylinderbänke
eine gemeinsame Zylinderkopfanordnung erwünscht ist. Von der Oberseite
des Turbinengehäuses 32 betrachtet,
wie in 2 gezeigt, sind die erste und die zweite Achse
A1, A2 beide unter
einem Winkel β in
Bezug auf die Gehäuseachse
A angeordnet. In dieser Konfiguration sind die erste und die zweite
Achse A1, A2 unter
einem Winkel β angeordnet,
der nicht rechtwinklig zu der Gehäuseachse A ist; es können allerdings
auch rechtwinklige Konfigurationen verwendet werden. Es wird z.
B. in Erwägung
gezogen, dass der Winkel β zwischen
der ersten und/oder der zweiten Achse A1, A2 und der Gehäuse achse A zwischen etwa 90° bis 120° und im Spezielleren
etwa 100° betragen
kann. Es sind auch andere Konfigurationen einschließlich jener,
die einen Winkel β von
weniger als 90° besitzen,
möglich.
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Wie
zuvor erwähnt,
und wie in den 5 und 6 gezeigt,
tritt in der gezeigten Twin-Scroll-Konfiguration das sich durch
den ersten und den zweiten Strömungspfad
P1, P2 bewegende
Abgas über
den ersten Spiralgehäusedurchgang 54 bzw.
den zweiten Spiralgehäusedurchgang 56 in
die Turbinenvolutenkammer 44 ein. Wenn die Abgasströmungen in
diese Durchgänge
eintreten, werden sie durch den Turbineneinlass 66 gezwungen,
der sich auf die gesamte Umfangsöffnung
zwischen dem ersten und dem zweiten Spiralgehäusedurchgang 54, 56 einschließlich des
ersten Turbineneinlasses 66.1 und des zweiten Turbineneinlasses 66.2 bezieht,
wie in 4 gezeigt. Ein Anteil der Abgasströmung in
jedem Durchgang bewegt sich weiterhin über den ersten und den zweiten
Spiralgehäusedurchgang 54, 56 um
die Turbinenvolutenkammer 44 herum und strömt weiterhin durch
den Turbineneinlass 66 einschließlich des ersten Turbineneinlasses 66.1 und
des zweiten Turbineneinlasses 66.2, während es dies tut. Der erste Turbineneinlass 66.1 und
der zweite Turbineneinlass 66.2 sind zusammen mit dem ersten
und dem zweiten Spiralgehäusedurchgang 54, 56 dimensioniert und
sind benachbart zu den Schaufelblättern des Turbinenrades 46 angeordnet,
sodass eine Bewegung der Abgase durch den ersten und den zweiten Spiralgehäusedurchgang 54, 56 und
durch den ersten Turbineneinlass 66.1 bzw. den zweiten
Turbineneinlass 66.2 eine Rotation des Turbinenrades 46 induziert.
Die Bewegung des Abgases in die Turbinenvolutenkammer 44 auf
die beschriebene Weise wird durch eine sich kontinuierlich verringernde
Querschnittsfläche
des ersten und des zweiten Spiralgehäusedurchgangs 54, 56 in
der Richtung des dadurch strömenden
Abgases, d. h. von dem ersten Voluteneinlass 83 und dem
zweiten Voluteneinlass 87 zu der Volutenkammer 44 erreicht.
Dies ist insbesondere in 4 gezeigt, wobei die fortschreitende
Reduktion in den Querschnittsflächen
des ersten und des zweiten Spiralgehäusedurchganges 54, 56 ersichtlich
ist. Der erste und der zweite Spiralgehäusedurchgang 54, 56 können jede
beliebige geeignete Form und Größe (z. B.
Querschnittsfläche)
aufweisen, um die Abgasströmung
dadurch zu leiten, einschließlich
kreisförmiger
oder Tropfen- oder sonstiger Formen.
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Unter
Bezugnahme auf die 2, 5 und 6 umfasst
der erste Spiralgehäusedurchgang 54 eine
erste Spiralgehäusehachse
A3, die sich im Wesentlichen tangential
um die Gehäuseachse
A herum erstreckt. In ähnlicher
Weise umfasst der zweite Spiralgehäusedurchgang 56 eine
zweite Spiralgehäusehachse
A4, die sich im Wesentlichen tangential
um die Gehäuseachse
A herum erstreckt. In einer beispielhaften Ausführungsform, unter Bezugnahme
auf 2 stehen die erste Spiralgehäusehachse A3 und die
zweite Spiralgehäusehachse
A4 im Wesentlichen rechtwinklig zu der Gehäuseachse
A. In einer bevorzugten Ausführungsform
können
eine erste Spiralgehäusehachse
A3 und eine zweite Spiralgehäusehachse
A4 eine axial verlaufende spiralenartige
Form aufweisen, wobei sie sich allgemein spiralförmig nach innen in Richtung
der Gehäuseachse
A winden, während
sie sich gleichzeitig axial entlang der Gehäuseachse A erstrecken. Der
spiralenartige Pfad ist bevorzugt, um die Abgase wirkungsvoll in
Richtung des Turbinenrades 46 mit einem Minimum an Verlusten
zu leiten. Die axial verlaufende Natur der Form der ersten und der
zweiten Spiralgehäusehachse
A3, A4 sorgt für die Raumumhüllende,
die für
die Spiralgehäuse
benötigt
wird, und berücksichtigt
die Versetzungen zwischen dem ersten Auslasskanal 24 und dem
zweiten Auslasskanal 26. Anders ausgedrückt können die Spiralgehäuse 43.1, 43.2 derart
konstruiert sein, dass ihre axiale Ausdehnung der axialen Versetzung
der Auslasskanäle 24, 26 entspricht,
sodass die Abgaseinlassöffnungen 81, 85 benachbart zu
und bevorzugt ausgerichtet mit den Abgasauslässen 24, 26 sind,
um Druckver luste und Strömungsdrosselungen
in dem Abgasfluid zwischen den Abgaskrümmern und dem Turbinenrad zu
minimieren und ein verbessertes Ansprechverhalten des Turbinenrades
zu unterstützen,
wie hierin beschrieben.
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Unter
Bezugnahme auf die 3, 5 und 6 erstrecken
sich in einer beispielhaften Ausführungsform der erste und der
zweite Spiralgehäusedurchgang 54, 56 in
Umfangsrichtung auf die hierin beschriebene Weise um die Gehäuseachse
A herum, um die Abgasströmung
innerhalb der Turbinenvolutenkammer 44 zu leiten. Sie können sich
in Umfangsrichtung in jedem geeigneten Ausmaß um die Gehäuseachse
A herum erstrecken. Der erste Spiralgehäusedurchgang 54 und
der zweite Spiralgehäusedurchgang 56 können sich
im gleichen Ausmaß in
Umfangsrichtung oder können
sich alternativ in verschiedenen Ausmaßen in Umfangsrichtung um die
Gehäuseachse
A herum erstrecken. In einer beispielhaften Ausführungsform erstrecken sich
der erste und der zweite Spiralgehäusedurchgang 54, 56 zumindest
etwa 90° und
stärker
bevorzugt zumindest etwa 180° oder
noch mehr, insbesondere zumindest etwa 270° um die Gehäuseachse A herum. In ähnlicher
Weise erstrecken sich in einer beispielhaften Ausführungsform
der erste und/oder der zweite Spiralgehäusedurchgang zwischen etwa
180° bis
360°, zwischen
etwa 225° bis
315° oder
noch mehr, insbesondere etwa 270° um
die Gehäuseachse
A herum. Für
Twin-Scroll-Konstruktionen wäre
es bevorzugt, die Durchgangskonstruktionen so nahe wie möglich bei
360° zu
halten.
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7 veranschaulicht
eine zweite Ausführungsform
des Turbinengehäuses 32' und der Volute 43' in einer modifizierten
Twin-Scroll-Konfiguration. Diese Ausführungsform ist allgemein der
oben mit Bezug auf die 1–6 beschriebenen ähnlich, außer dass
das Septum 53 eliminiert wurde und die Volute 43' daher einen
Hybrid-Single-Scroll-Durchgang, der durch Kombinieren von zwei Spiralgehäusen hergestellt
ist, anstelle einer echten Twin-Scroll-Konfiguration umfasst. Somit
umfasst das Twin-Scroll 43' einen
ersten Strömungspfad
P1' und
einen zweiten Strömungspfad
P2' innerhalb
eines Single-Scroll-Durchganges 55'. Der Single-Scroll-Durchgang 55' ist als eine
Kombination der Twin-Scrolls 43.1' und 43.2' gebildet. Es ist zu erwarten,
dass die Verwendung eines Single-Scroll-Durchganges 55' ein gewisses
Vermischen der entlang des ersten Strömungspfades P1' und des zweite Strömungspfades
P2' strömenden Abgase
zulassen wird. Die Schale 38' mit
der Innenfläche 40' und der Außenfläche 42' ist im Wesentlichen
identisch mit der Schale 38, der Innenfläche 40 und
der Außenfläche 42,
die oben im Hinblick auf die Ausführungsform der 1–6 beschrieben
sind, außer
dass sie kein Septum enthält,
um zwei Strömungsdurchgänge zu bilden,
sondern stattdessen einen Single-Scroll-Durchgang 55' aufweist, wie
oben beschrieben. Die Turbinenvolutenkammer 44' ist ebenfalls identisch
mit jener der oben unter Bezugnahme auf die 1–6 beschriebenen
Ausführungsform, mit
der Ausnahme, dass wegen des Nicht-Vorhandenseins des Septums ein
einziger Turbineneinlass 66' anstelle
von zwei Turbineneinlässen
vorhanden ist. Andererseits ist das Turbinengehäuse 32' geeignet, ein Turbinenrad 46' und eine Turbinenwelle 48' aufzunehmen.
Abgas strömt
zu dem ersten Ende 68' und
ein Flansch 74' ist
eingebaut, der z. B. mithilfe eines zusammenpassenden Flansches
eines Abgassystems einer Motoranordnung zusammenpassend mit einer
Abgasleitung (nicht gezeigt) in Eingriff stehen kann. Das zweite
Ende 70' ist
geeignet, eine Lageranordnung aufzunehmen, indem ein Flansch 78' eingebaut ist,
der zusammenpassend mit einem Anbringungsmerkmal wie z. B. einem
Flansch an dem entsprechenden Ende eines Lagergehäuses in
Eingriff stehen kann, wie hierin beschrieben. Allerdings wird die
Technik der Turbine anders sein als oben mit Bezug auf die 1–6 beschrieben.
Die Abgase, die entlang des ersten Strömungspfades P1' und des zweiten
Strömungspfades
P2' strömen, werden durch
die fortschreitende Redukti an in der Querschnittsfläche des
Spiralgehäusedurchganges 55' durch den Turbineneinlass 66' hindurch gezwungen, werden
andererseits jedoch wirksam sein, um das Turbinenrad 46' auf die hierin
mit Bezug auf die Ausführungsform
der 1–6 beschriebene
Weise anzutreiben. Diese Ausführungsform
besitzt insofern Vorteile ähnlich
jenen, die oben mit Bezug auf die in den 1–6 veranschaulichte
Ausführungsform beschrieben
sind, als der erste Voluteneinlass (nicht gezeigt) und der erste
Strömungspfad
P1' und
der zweite Voluteneinlass (nicht gezeigt) und der zweite Strömungspfad
P2' in
Umfangsrichtung beabstandet sind, wie z. B. indem sie um einen Phasenwinkel α getrennt
sind. Daher können
die Abgasströmungen aus
den Zylinderbänken,
die diesen Strömungspfaden
zugeordnet sind, zu dem Turbinenrad mit einer Phasentrennung, wie
oben beschrieben, eingeleitet werden. Diese Phasentrennung, d. h.
der Phasenwinkel α kann
gewählt
sein, um die erwünschte
Leistung von dem Turbinenrad und somit von dem Turbolader zu erhalten,
wie z. B. eine Reduktion des Turboladerloches, eine ausgeglichene
oder nicht ausgeglichene Belastung des Turbinenrades durch die jeweiligen
Abgasströmungen
und dergleichen.
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Eine
dritte Ausführungsform
eines Turbinengehäuses 32'' ist in 8 veranschaulicht.
In dieser Ausführungsform
umfasst ein Single-Scroll 43'' einen Einzelvoluten-
oder Single-Scroll-Durchgang 55'', der
zwei separate Abgaseinlässe
umfasst, nämlich einen
ersten Voluteneinlass 83'' und einen zweiten Voluteneinlass 87''. Diese Voluteneinlässe sind
jeweiligen Einlassleitungen zugeordnet, nämlich einer ersten Einlassleitung 58'' und einer zweiten Einlassleitung 60''. In dieser Ausführungsform
ist der erste Strömungspfad
P1'' durch den/die erste/n
Voluteneinlass 83'' und Einlassleitung 58'' hindurch vorgesehen und der zweite
Strömungspfad
P2'' ist innerhalb des zweiten
Voluteneinlasses 87'' und der zweiten
Einlassleitung 60'' vorgesehen.
Der erste Strömungspfad
P1'' weist eine erste
Achse A1'' innerhalb der ersten
Einlassleitung 58'' auf und der
zweite Strömungspfad
P2'' weist eine zweite
Achse A2'' innerhalb der zweiten
Einlassleitung 60'' auf und an
einem Anfangsabschnitt des Spiralgehäusedurchganges 55'' vor dem ersten Voluteneinlass 83'' an diesem Knotenpunkt vereinigen
sich der erste Strömungspfad
Pi'' und der zweite Strömungspfad
P2'' zu einem einzigen Strömungspfad
P3'' mit einer Achse
A3''. Diese Strömungspfade
und die zugeordneten Abgasströme,
die darin strömen,
vereinigen und vermischen sich innerhalb des Spiralgehäusedurchganges 55'', der an dem ersten Voluteneinlass 83'' beginnt. Die Querschnittsfläche des
Spiralgehäusedurchganges 55'' ist fortschreitend entlang der
Länge des
Spiralgehäusedurchganges 55'' reduziert, wie in 8 veranschaulicht.
Diese Reduktion kann an dem ersten Voluteneinlass 83'' beginnen. Alternativ kann die
Reduktion der Querschnittsfläche
des Spiralgehäusedurchganges 55'' an dem zweiten Voluteneinlass 87'' beginnen. Ein geeigneter Einzelturbineneinlass (nicht
gezeigt) wird vorgesehen sein und wird eine Einlassgröße aufweisen,
die gewählt
ist, um die fortschreitende Reduktion in der Querschnittsfläche des Spiralgehäusedurchganges 55'' zuzulassen, um zu bewirken, dass
die Abgase in die Turbinenvolutenkammer 44'' gezwungen
werden und dadurch ein schnelles Drehen eines Turbinenrades (nicht
gezeigt) in der oben beschriebenen Weise zu bewirken. Andererseits
werden die Komponenten des Turbinengehäuses 32'' und
des zugeordneten Turboladers jenen ähnlich sein, die hierin im
Hinblick auf die Ausführungsform
der 1–6 beschrieben
sind. Diese Ausführungsform
besitzt den Vorteil einer phasengetrennten Einleitung der Abgasströmungsflüsse, die
den jeweiligen Zylinderbänken
zugeordnet sind, durch die separaten Abgaseinlässe in das Turbinengehäuse 32''.
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Die
Trennung der Abgaseinlässe
in den hierin beschriebenen Ausführungsformen
besitzt einen wesentlichen Vorteil gegen Single- und Twin-Scroll-Konstruktionen
nach dem Stand der Technik, da sie mehr Flexibili tät in Bezug
auf die Anordnung des Turboladers in Bezug auf den Motor innerhalb
des Motorraumes vorsieht. Insbesondere ermöglicht sie die Anordnung des
Turboladers zwischen den Zylinderbänken in der hierin beschriebenen
Weise und besitzt die damit verbundenen betrieblichen Vorteile,
wie hierin beschrieben, umfassend die Reduktion von Druckverlusten
und die Minimierung von Einschränkungen
in den Abgasströmungspfaden
zwischen den Abgasauslässen
der jeweiligen Zylinderbänke
und den zugeordneten Abgaseinlässen
des Turbinengehäuses.
Sie bietet auch Vorteile in Bezug auf die phasengetrennte Anwendung
der Abgsströmungsflüsse zu dem
Turbinenrad, wie hierin beschrieben, infolge der Trennung des ersten
Voluteneinlasses 83'' und des zugeordneten
ersten Abgaseinlasses 81'' und des zweiten
Voluteneinlasses 87'' und des zugeordneten
zweiten Abgaseinlasses 85'' um den Phasenwinkel α.
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Es
wird einzusehen sein, dass für
jede der offenbarten Ausführungsformen
das Turbinengehäuse
eine oder mehrere zusätzliche
Komponenten zur Unterstützung
in der Funktion der Turboladeranordnung aufweisen kann. Zum Beispiel
kann das Turboladergehäuse
ein Wastegate-Ventil umfassen, das in der Schale angeordnet ist,
um eine Druckentlastung in der Turbinenvolutenkammer bereitzustellen
und zu verhindern, das die Turbine mit Überdruck beaufschlagt oder
mit irgendeiner unerwünschten
Geschwindigkeit schnell gedreht wird. Das Wastegate-Ventil kann
jedes beliebige geeignete Wastegate-Ventil umfassen und in der Schale
mit jedem geeigneten Mittel und an jeder geeigneten Stelle installiert
sein. Zum Beispiel kann das Wastegate-Ventil an dem ersten Ende
des Turbinengehäuses
angeordnet sein, sodass die Abgasströmung dadurch allgemein parallel
in Bezug auf die Gehäuseachse
A ist. Dies beschränkt
vorteilhafterweise die gegenseitige Beeinflussung mit der Bewegung
des Abgases um die Turbinenvolutenkammer herum und in dem/den Spiralgehäusedurchgang
oder -durchgängen.
Die Wastegate-Strömungsdurchgänge sind
dann derart angeordnet, dass jeder korrekt benachbart zu der jeweiligen
Turbinenradeinlassleitung verbunden ist.
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Im
Hinblick auf das Vorstehende sollte einzusehen sein, dass die Turboladeranordnung
der vorliegenden Erfindung mit jeder beliebigen Motoranordnungskonfiguration
verwendet werden kann, die zur Verwendung mit einer Turboladeranordnung
geeignet ist. Dies umfasst Dieselmotoren, Benzinmotoren oder andere.
Es sollte als solches einzusehen sein, dass die spezifische Größe, Form
und Konfiguration der Turboladeranordnung, insbesondere des Turbinengehäuses, variieren
kann. In einer besonders vorteilhaften Anwendung ist die Turboladeranordnung
besonders geeignet zur Verwendung mit Motoren mit Doppelzylinderbänken, die
getrennt sind, um einen V-Motor wie z. B. einen V4-, V6, V8-, V10-
oder V12-Motor zu bilden. Überdies
ist dies besonders vorteilhaft in Konfigurationen, wo der V-Motor
Zylinderköpfe
umfasst, die integral gebildete innere Abgaskrümmer mit innen liegenden, nach
innen gewandten Auslasskanälen
zur direkten Verbindung mit den Abgaseinlässen des Turbinengehäuses aufweisen.
Allerdings können
die hierin offenbarten Turbinengehäuse und Turbolader auch in
Konfigurationen verwendet werden, wo sie nicht direkt mit Abgaskanälen verbunden
sind, sondern stattdessen in fluidtechnischer Verbindung mit anderen
Abgaskomponenten wie z. B. Abgaskrümmern, Abgasrohren oder anderen
stehen.
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Während beispielhafte
Ausführungsformen beschrieben
und gezeigt wurden, wird für
den Fachmann einzusehen sein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Elemente
davon durch Äquivalente
ersetzt sein können,
ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Überdies
können
zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden, um ein/e bestimmte/s
Situation oder Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne
von deren wesentlichem Schutzumfang abzuweichen. Die Erfin dung soll
daher nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt sein,
die als beste Art, diese Erfindung auszuführen, offenbart sind. Vielmehr
wird die Erfindung alle Ausführungsformen
einschließen, die
in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche fallen.