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Diese Erfindung bezieht sich auf eine Turboladervorrichtung und, insbesondere, bezieht sich diese Erfindung auf eine Zwillingsturboladervorrichung
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Herkömmliche Turboladervorrichtungen zum Aufladen von Verbrennungsmotoren umfassen gewöhnlich einen Kompressor einer Stufe, der durch eine Turbine einer Stufe radialer Bauart angetrieben wird. Zweistufige Turboladervorrichtungen sind ebenfalls bekannt, die manchmal auch eine Zwischenkühlung enthalten. Die Vorrichtung basiert gewöhnlich auf Standardbaugruppen, was teuer herzustellen ist.
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Verbrennungsmotoren der Zukunft werden wirkungsvollere Turboladervorrichtungen erfordern, die einen höheren Ladedruck brauchen werden, um Abgase genauer zu senken und zu steuern. Eine Turboladervorrichtung mit einem höheren Wirkungsgrad bietet eine größere Aussicht, zukünftige Anforderungen an umweltfreundliche und kraftstoffsparende Motoren zu erfüllen.
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Ein erstes bekanntes Problem mit einer Zwillingsturboladervorrichtung ist derart, dass es ein Problem des genauen Steuerns des Gasflusses zwischen dem Turbolader erster Stufe und dem Turbolader zweiter Stufe gibt, um einen Druckabfall zwischen dem Turbolader erster Stufe und dem Turbolader zweiter Stufe zu verhindern. Ein zweites bekanntes Problem ist das genaue Führen und Steuern des Gasflusses auf den Turbolader zweiter Stufe, ohne ein Nebenschlussventilsystem einzusetzen, um den Wirkungsgrad der Zwillingsturboladervorrichtung zu verbessern.
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Die
DE 103 52 712 A1 offenbart zwei in Reihe geschaltete Turbolader mit einem Turbolader erster Stufe und einem Turbolader zweiter Stufe. Der Turbolader erster Stufe weist einen Kompressor und eine Turbine erster Stufe auf, wobei das Gehäuse des Kompressors einen Kompressorgehäuseauslass aufweist, um es Luft zu ermöglichen, aus dem Kompressorgehäuse erster Stufe auszutreten. Der Turbolader zweiter Stufe weist einen Kompressor zweiter Stufe und eine Turbine zweiter Stufe auf. Das Gehäuse des Kompressors zweiter Stufe hat einen Einlass, um es Luft zu ermöglichen, zum Kompressor zweiter Stufe geleitet zu werden, sowie einen Auslass, um es Luft zu ermöglichen, aus dem Kompressorgehäuse zweiter Stufe auszutreten. Über eine Lagerbaugruppe wird eine Drehung der Turbine zweiter Stufe und des Kompressors zweiter Stufe erlaubt. Zudem weist die Zwillingsturboladervorrichtung auch einen gleitbaren Kolben zum Schließen oder Beschränken eines Gebiets über dem Kompressor zweiter Stufe, sowie Steuermittel auf, die mit dem gleitbaren Kolben verbunden sind und die zum Steuern der Gleitbewegung des gleitbaren Kolbens dienen sollen.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Probleme durch Herstellen einer wirtschaftlich machbaren Zwillingsturboladervorrichtung zu lösen, die einen besseren Gebrauch von der Energie im Motorabgasfluss macht, wodurch ein erhöhter Betriebswirkungsgrad erreicht wird.
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Demzufolge wird in einem nicht-beschränkenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Zwillingsturboladervorrichtung geschaffen, die einen Turbolader erster Stufe und einen Turbolader zweiter Stufe aufweist:
- der Turbolader erster Stufe weist einen Kompressor erster Stufe, eine Turbine erster Stufe, ein Kompressorgehäuse erster Stufe mit einem Einlass, um Luft zu ermöglichen, zum Kompressor erster Stufe geleitet zu werden, einen Kompressorgehäuseauslass, um Luft zu ermöglichen, das Kompressorgehäuse erster Stufe zu verlassen, ein Turbinengehäuse erster Stufe, das die Turbine erster Stufe umgibt und
- das Abgase vom Motor empfängt, bevor die Abgase zur Turbine erster Stufe geleitet werden, einen Einlass am Turbinengehäuse erster Stufe, um den Abgasen zu ermöglichen, zur Turbine erster Stufe geleitet zu werden, um die Turbine erster Stufe zu drehen und eine Lagerbaugruppe, um eine Drehung der Turbine erster Stufe und des Kompressors erster Stufe zu erlauben, auf;
- der Turbolader zweiter Stufe weist einen Kompressor zweiter Stufe, eine Turbine zweiter Stufe, ein Kompressorgehäuse zweiter Stufe mit einem Einlass, um Luft zu ermöglichen, zum Kompressor zweiter Stufe geleitet zu werden, einen Kompressorgehäuseauslass, um Luft zu ermöglichen, das Kompressorgehäuse zweiter Stufe zu verlassen, ein Turbinengehäuse zweiter Stufe, das die Turbine zweiter Stufe umgibt und das die Abgase empfängt, bevor die Abgase zur Turbine zweiter Stufe geleitet werden, einen Einlass am Turbinengehäuse zweiter Stufe, um den Abgasen zu ermöglichen, zur Turbine zweiter Stufe geleitet zu werden, um die Turbine zweiter Stufe zu drehen und eine Lagerbaugruppe, um eine Drehung der Turbine zweiter Stufe und des Kompressors zweiter Stufe zuzulassen;
- die Zwillingsturboladervorrichtung weist auch einen gleitbaren Kolben zum Schließen oder Beschränken eines Bereiches über der Turbine zweiter Stufe und Steuermittel, die mit dem gleitbaren Kolben verbunden sind und die zum Steuern der Gleitbewegung des gleitbaren Kolbens dienen sollen auf, und
- die Zwillingsturboladervorrichtung ist derart, dass, wenn sich der gleitbare Kolben in einer geschlossenen oder beschränkten Stellung zum Schließen oder Beschränken des Bereiches über der Turbine zweiter Stufe befindet, die Abgase zur Turbine erster Stufe derart geleitet werden, dass, wenn ein gegebener Antriebsdruck im Turbolader erster Stufe erreicht ist, dann der gleitbare Kolben arbeitet, um die Turbinengeschwindigkeit des Turbolader erster Stufe zu steuern und zu erlauben, dass Abgase zur Turbine zweiter Stufe geleitet werden.
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Die Zwillingsturboladervorrichtung der vorliegenden Erfindung steuert den Abgasfluss direkt über die Turbine des Turboladers zweiter Stufe. Das ermöglicht einen genauen Gasfluss auf die Turbine zweiter Stufe. Es verhindert auch einen Druckabfall zwischen dem Turbolader erster Stufe und dem Turbolader zweiter Stufe, wenn die Turbolader erster und zweiter Stufe gesteuert werden.
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Die Zwillingsturboladervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist darin vorteilhaft, dass der gleitbare Kolben die Turbinengeschwindigkeit des Turboladers erster Stufe und des Turboladers zweiter Stufe steuert, und ohne ein Nebenschlussventilsystem arbeiten kann.
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Die Zwillingsturboladervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann mit einem einzigen Steuersystem verwendet werden.
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Die Zwillingsturboladervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann Führungsflügel zum genauen Führen der Abgase auf die Turbine erster und/oder zweiter Stufe enthalten. Wenn die Führungsflügel angewendet werden, leiten sie dann vorzugsweise die Abgase auf die Turbine zweiter Stufe.
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Der gleitbare Kolben kann eine solcher sein, in dem ein Flansch mit Schlitzen am Ende des Kolbens vorgesehen ist, der den Bereich über der Turbine steuert, wobei der Flansch derart über die Flügel gleiten kann, daß er einen genauen Gasfluss zwischen dem Flansch und der Lücke über der Turbine über den gesamten Arbeitsbereich der Zwillingsturboladervorrichtung erlaubt, wobei der Flansch Abgasdruck auch erlaubt, auf beide Seiten des Flansches einzuwirken, um eine Seitenbelastung mit hohem Druck auf eine Seite des Flansches zu verhindern. Der Flansch kann integral als ein Teil des gleitbaren Kolbens ausgebildet sein. Alternativ kann der Flansch getrennt ausgebildet und dann am gleitbaren Kolben befestigt sein.
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Der Flansch kann eine Kammer auf einer Seite des Flansches aufweisen, um Abgasen zu erlauben, auf beide Seiten des Flansches einzuwirken, wenn sich der gleitbare Kolben in einer geschlossenen Stellung befindet.
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Die Turboladervorrichtung kann eine solche sein, in der Abgase auf beide Seiten des Flansches im Turbolader zweiter Stufe einwirken derart, dass kein Abgasdruckabfall zwischen den Flügeln und den Schlitzen im Flansch beim Steuern des Gasflusses auf die Turbine vorhanden ist.
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Der Einsatz der Führungsflügel erlaubt den Abgasen genau auf die erste und/oder zweite Turbine geführt zu werden. Der Flansch am Ende des Kolbens lässt zu, einen genauen Gasfluss aufrechtzuerhalten, wenn der Gasfluss über den gesamten Flussbereich der Zwillingsturboladervorrichtung gesteuert wird. Somit kann die Leistungsfähigkeit der Zwillingsturboladervorrichtung erhöht werden. Wenn es den Abgasen erlaubt ist, auf beide Seiten des Flansches einzuwirken, dann ist der seitliche Druck auf das Steuersystem gering. Das reduziert Abnutzungserscheinungen an den Bestandteilen des Steuersystems. Es lässt auch zu, ein kleineres Steuersystem einzusetzen, als es sonst der Fall wäre. Der Einsatz des kleineren Steuersystems ermöglicht eine Verringerung von Herstellungskosten für die Zwillingsturboladervorrichtung.
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Die Zwillingsturboladervorrichtung kann ein Gehäuse einer Zwillingsspiralturbine an dem Turbolader der zweiten Stufe aufweisen.
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Die Zwillingsturboladervorrichtung kann Justiermittel zum Einstellen des Kolbens aufweisen, um einer sehr kleinen Menge von Abgasen zu erlauben, am gleitbaren Kolben vorbeizukommen, um eine Drehung des Turbinenrades der zweiten Stufe zu erlauben, und dadurch einen Ölverlust zu verhindern. Das Öl wird am Austreten aus der Lagerbaugruppe des Turboladers zweiter Stufe gehindert, wenn der gleitbare Kolben in einer geschlossenen Stellung ist und die Abgase auf die Turbine erster Stufe einwirken. Die Justiermittel werden bevorzugt angewendet, wenn die Turboladervorrichtung nur ein einziges Spiralturbinengehäuse an dem Turbolader zweiter Stufe aufweist. Die Justiermittel können jedoch auch angewendet werden, wenn die Zwillingsturboladervorrichtung die Zwillingsspirale im Turbolader zweiter Stufe enthält.
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Vorzugsweise umfassen die Justiermittel einen Anschlagring, der sich auf dem gleitbaren Kolben befindet, und der an einen Einsatz anschlägt. Die Justiermittel, z.B. der Anschlagring, stellen die Lücke genau ein, um einen großen Nebenschluss von Gas zu vermeiden. Wenn dem Anschlagring erlaubt ist, an den Einsatz zu anzuschlagen, vermeidet dies auch einen Verlust von Abgasen am Außendurchmesser des Kolbens und an der Bohrung des Einsatzes vorbei. Wenn einer sehr kleine Lücke erlaubt wird, zum Zwecke einigen Gasen zu erlauben, auf die Turbine der zweiten Stufe einzuwirken, wird auch ein plötzlicher Druckabfall vermieden, wenn der Kolben bewegt wird, um den Antriebsdruck des Turboladers erster Stufe zu steuern.
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Ein Dichtungsring kann auch zwischen dem Kolben und dem Einsatz eingesetzt werden, um einen Verlust an Abgasen zu verhindern, wenn der Kolben innerhalb der Bohrung des Einsatzes bewegt wird.
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Die Zwillingsturboladervorrichtung kann einen Einsatz enthalten, der dem Kolben erlaubt, in einer Bohrung des Einsatzes zu gleiten, vorzugsweise ist der Einsatz ein entfernbarer Einsatz. Die Verwendung des entfernbaren Einsatzes erleichtert den Zusammenbau der Zwillingsturboladervorrichtung. Wenn Führungsflügel angewendet werden, können die Führungsflügel als ein Teil eines Einsatzes gegossen werden. Alternativ können die Führungsflügel als ein Teil eines Hitzeschildes gegossen sein.
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Die Zwillingsturboladervorrichtung kann eine solche sein, in der, wenn Abgase aus dem Turbinengehäuse der ersten Stufe austreten, die Abgase in das Zwillingsspiralturbinengehäuse am Turbolader zweiter Stufe eintreten, derart, dass die Abgase getrennt gehalten werden, um verschiedene Drücke in jeder Spirale zu erlauben, um den Gasen aus dem Turbolader erster Stufe zu erlauben, auf die Turbine zweiter Stufe einzuwirken. Diese Gestaltung erlaubt den Abgasen aus der Turbine erster Stufe, die Turbine zweiter Stufe zu drehen. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn sich der Kolben zweiter Stufe in einer geschlossenen Stellung befindet und die Abgase auf die Turbine erster Stufe geleitet werden. Diese Gestaltung erlaubt auch, dass Gase aus der Turbine erster Stufe auf die Turbine zweiter Stufe im gesamten Flussbereich der Zwillingsturboladervorrichtung einwirken, ohne den Rückdruck auf den Austrittsbereich der Turbine erster Stufe zu erhöhen.
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Falls gewünscht, kann das Zwillingsspiralturbinengehäuse derart ausgebildet sein, dass die Spirale, die die Abgase aus dem Turbinengehäuse erster Stufe aufnimmt, von einer Größe sein kann, dass sie den Gasfluss durch die Spirale beschränkt. Das kann dann den Gasfluss durch die Turbine erster Stufe beschränken, um einen größeren Gasfluss durch die Turbine zweiter Stufe bei einem vorgegebenen Teil des Flussbereiches zu erlauben.
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Wenn das Zwillingsspiralturbinengehäuse verwendet wird, kann der gesamte Wirkungsgrad der Zwillingsturboladervorrichtung erhöht werden, verglichen damit, wenn das Zwillingsspiralturbinengehäuse nicht verwendet wird.
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Die Zwillingsturboladervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann eine solche sein, in der der Turbolader erster Stufe eine Steuerklappe aufweist, die im Abgaseinlass des Turbinengehäuses angebracht ist, um ein Steuersystem der Zwillingsturboladervorrichtung zuzulassen, wodurch die Abgase am Wirken auf die Turbine erster Stufe gehindert werden können, um die gesamten Abgase bei höheren Flussraten zur Turbine zweiter Stufe zu schicken oder, um zu ermöglichen, dass beide Turbinenbereiche für ein Abgasbremssystem geschlossen werden. Die Steuerklappe kann auch zum Steuern von Druck in der Zwillingsturboladervorrichtung bei Leerlauf- und niedrigeren Motorgeschwindigkeiten eingesetzt werden, um einen vorgegebenen Druck innerhalb des Turbinengehäuses zu halten, und dadurch die Druckaufbauzeit in den Turbinengehäusen zu reduzieren.
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Die Zwillingsturboladervorrichtung kann eine solche sein, in der die Turbinengehäuse als eine einzelne Einheit mit dem Auspuffkrümmer gegossen sind. Das kann die Herstellungskosten der Zwillingsturboladervorrichtung vermindern. Alternativ können die Turbinengehäuse als eine einzelne Einheit gegossen sein und können auf einem Motorauspuffkrümmer angebracht werden, oder zwei einzelne Turbolader können benutzt werden.
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Wenn die Zwillingsturboladervorrichtung die Führungsflügel aufweist, dann können die Führungsflügel gegen das Turbinengehäuse, einen Hitzeschild oder die Lagerbaugruppe gehalten werden, um zu verhindern, dass Abgase um die Stirnfläche der Führungsflügel wirksam werden. Das ergibt einen genauen Gasfluss um den Führungsflügelbereich.
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Der entfernbarer Einsatz kann eine solcher sein, der durch Spannmittel, durch direktes Verbolzen mit dem Turbinengehäuse oder durch Federmittel an seinem Ort gehalten wird.
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Falls gewünscht, kann der Einsatz ein nicht entfernbarer Einsatz sein, der nicht aus dem Turbinengehäuse entfernbar ist.
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Die Zwillingsturboladervorrichtung kann mindestens einen Hitzeschild zum Abschirmen der Lagerbaugruppen gegen die Hitze der Abgase enthalten. Normalerweise werden zwei Hitzeschilde, einer für jede Lagerbaugruppe, angewendet. Der oder jeder Hitzeschild kann ein ringförmiger Hitzeschild sein. Alternativ kann der oder jeder Hitzeschild ein scheibenförmiger Hitzeschild mit einem äußeren Ringbereich, einem inneren Wandbereich und einer Öffnung durch den inneren Randbereich sein. Der Hitzeschild kann alternativ von einer Gestaltung sein, die dem Hitzeschild erlaubt zu schweben, und an seinem Ort durch Federmittel gehalten werden, um einen Gasverlust zu vermeiden. Falls gewünscht, können die Führungsflügel auf dem Hitzeschild angebracht sein.
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Die Zwillingsturboladervorrichtung kann eine sein, in der die Steuermittel ein Gabelglied aufweisen, das mit dem Kolben an zwei gegenüberliegenden Seiten verbunden ist. Die Turboladervorrichtung kann heiße Gase vom Wirken auf das Gabelglied und seine zugehörigen Teile hindern, indem man den Kolben so hat, dass er in der Bohrung einer Endabdeckung gleitet. Die Steuermittel können alternativ ein U-förmiges Glied enthalten, das mit dem Kolben an einer Seite des Kolbens verbunden ist.
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Die Steuermittel können elektronische Steuermittel sein, die als ein Teil eines Motorleitsystems arbeiten. Die Steuermittel können einen luft- oder ölbetriebenen Betätiger zusammen mit dem Motorleitsystem einsetzen.
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Die Zwillingsturboladervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist darin vorteilhaft, dass sie den variablen Turbinenbereich zweiter Stufe unter Verwendung eines gleitbaren Kolbens, der erlaubt, den Turbinenbereich zu schließen oder zu beschränken derart, dass den Abgasen erlaubt ist, zur Turbine erster Stufe geleitet zu werden, einsetzen kann. Dies erlaubt eine schnellere Reaktion der Turbine erster Stufe, derart, dass, wenn ein gegebener Antriebsdruck am Turbolader erster Stufe erreicht ist, dem gleitbaren Kolben erlaubt wird, zu öffnen, um den Antriebsdruck des Turboladers erster Stufe zu steuern und Abgasen zu erlauben, auf den Turbolader zweiter Stufe zu wirken.
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Ferner erlaubt der Einsatz des gleitbaren Kolbens einer Turboladervorrichtung zweiter Stufe die Steuerung der Turbolader erster und zweiter Stufe der Zwillingsturboladervorrichtung, ohne die Notwendigkeit, ein Nebenschlussventilsystem anzuwenden.
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Die Zwillingsturboladervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die Abgase am Einwirken auf die zweite Stufe des Zwillingsturboladers direkt über die Turbine des Turboladers zweiter Stufe hindern, um den Gasen zu erlauben, in das Turbinengehäuse der zweiten Stufe einzutreten und dabei einen Druckabfall zwischen den Turboladern erster und zweiter Stufe zu verhindern. Das lässt eine schnellere Reaktion der Turbine zweiter Stufe zu. Es erlaubt auch, dass die Abgase genau auf die Turbine zweiter Stufe geleitet werden, zum Beispiel durch die Führungsflügel und den Flansch am Kolben, was einen genauen Gasfluss überall im Flussbereich der zweistufigen oder Zwillings-Turboladervorrichtung zulässt. Eine einzelne Steuereinheit kann eingesetzt werden, ohne die Notwendigkeit eines Nebenschlussventilsystems.
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Die Abgase aus der Turbine erster Stufe können zum Erhöhen des Wirkungsgrades der Zwillingsturboladervorrichtung eingesetzt werden, derart, dass die Abgase in der Lage sind, durch das oben erwähnte bevorzugte Zwillingsspiralturbinengehäuse zweiter Stufe, in dem die Abgase getrennt gehalten werden, gesendet zu werden. Das erlaubt den Abgasen aus der Turbine erster Stufe, auf die Turbine zweiter Stufe über den gesamten Flussbereich der Zwillingsturboladervorrichtung einzuwirken. Die Steuerklappe kann zum Steuern des Abgasflusses zur Turbine erster Stufe eingesetzt werden, um zu erlauben, dass ein Abgasbremssystem eingesetzt wird, und um auch zu erlauben, dass die Abgase zur Turbine zweiter Stufe geleitet werden.
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Die Zwillingsturboladervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann wirtschaftlich hergestellt werden und die Energie im Abgasfluss des Motors besser nutzen. Dies schafft einen höheren Wirkungsgrad, und hilft dadurch, zukünftige Anforderungen an umweltfreundliche und kraftstoffsparende Motoren zu erfüllen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun rein als Beispiel und mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 eine seitliche Schnittansicht einer ersten Zwillingsturboladervorrichtung ist;
- 2 ein Teilschnitt der Steuerung der in 1 gezeigten Zwillingsturboladervorrichtung ist;
- 3 eine Teilschnittansicht einer Steuerung einer zweiten Zwillingsturboladervorrichtung ist, die ein Zwillingsspiralturbinengehäuse zeigt;
- 4 eine seitliche Schnittansicht einer dritten Zwillingsturboladervorrichtung ist, die eine Klappe in einem Turbinengehäuse erster Stufe zeigt;
- 5 eine Teilschnittansicht der Steuerung der in 4 gezeigten Zwillingsturboladervorrichtung mit einem Steuerkolben in einer geschlossenen Stellung ist;
- 6 eine Teilschnittansicht der Steuerung der in 4 gezeigten Zwillingsturboladervorrichtung mit dem Steuerkolben in einer geöffneten Stellung ist;
- 7 eine seitliche Schnittansicht einer vierten Zwillingsturboladervorrichtung ist, die eine Steuerklappe an einem Turbinengehäuse erster Stufe und den Nebenschluss von Gasen aus dem Turbinengehäuse erster Stufe zu einem Zwillingsspiralturbinengehäuse an einer Turbine zweiter Stufe zeigt;
- 8 eine Teilschnittansicht der Steuerung der in 7 gezeigten Zwillingsturboladervorrichtung ist, und das Zwillingsspiralturbinengehäuse zweiter Stufe und eine Klappe an dem Turbinengehäuse erster Stufe zeigt;
- 9 eine seitliche Schnittansicht einer fünften Zwillingsturboladervorrichtung ist;
- 10 eine Teilschnittansicht der in 9 gezeigten fünften Zwillingsturboladervorrichtung ist; und
- 11 eine seitliche Schnittansicht einer Turbinengehäusebaugruppe für eine Zwillingsturboladervorrichtung ist, und eine kompakte Gestaltung zeigt.
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Bezugnehmend auf die 1 und 2, ist dort eine erste Turboladervorrichtung 1 gezeigt. Die Turboladervorrichtung 1 weist ein Gehäuse 15 auf. Das Gehäuse 15 bildet einen Auspuffkrümmerabschnitt 130, einen Turbinengehäuseabschnitt erster Stufe 40 und ein Turbinengehäuse zweiter Stufe 70.
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Die Zwillingsturboladervorrichtung 1 weist einen Turbolader erster Stufe 10, der an dem Turbinengehäuse erster Stufe 40 angebracht ist, auf. Der Turbolader erster Stufe 10 weist eine Turbine 8, einen Kompressor (nicht gezeigt), der zum Drehen auf einer gemeinsamen Welle angebracht ist, und der Teil der Turbine 8 sein kann. Der Turbolader erster Stufe 10 umfasst auch eine Lagerbaugruppe und einen Hitzeschild (nicht gezeigt), um eine Drehung des Kompressors und des Turbinenrades zu erlauben. Der Turbolader erster Stufe umfasst auch ein Kompressorgehäuse 24, das an dem Turbolader erster Stufe 10 angebracht ist, um eine Drehung eines Kompressors innerhalb des Kompressorgehäuses 24 zu erlauben. Das Kompressorgehäuse 24 wird an seinem Ort durch Bolzen 28 gehalten. Das Kompressorgehäuse 24 hat einen ersten Kompressoreinlass 31 und einen ersten Kompressorauslass 32.
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Das Gehäuse 15 hat einen Abgaseinlass 12, um Abgasen aus einem Motor (nicht gezeigt) zu erlauben, in einen Auspuffkrümmerabschnitt 130 des Gehäuses 15 einzutreten. Das Gehäuse 15 hat einen Einlass 140, um Abgasen zu erlauben, in das Turbinengehäuse erster Stufe 40 einzutreten. Dies erlaubt Abgasen, auf die Turbine erster Stufe 8 einzuwirken. Das Turbinengehäuse 40 hat einen Auslass 26 aus dem Turbinengehäuse erster Stufe 40.
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Die Turboladervorrichtung 1 hat einen zweiten Einlass 150 in das Gehäuse 15, um Abgasen zu erlauben, in das Turbinengehäuse zweiter Stufe 70 einzutreten. Dies erlaubt Abgasen, auf die Turbine zweiter Stufe 16 einzuwirken.
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Die Zwillingsturboladervorrichtung 1 weist einen Turbolader zweiter Stufe 20 auf. Der Turbolader zweiter Stufe 20 ist auf dem Turbinengehäuse zweiter Stufe 70 angebracht, derart, dass Abgasen erlaubt ist, auf die Turbine zweiter Stufe 16 einzuwirken. Der Turbolader zweiter Stufe 20 umfasst das Turbinenrad 16 und einen Kompressor (nicht gezeigt), der zum Drehen auf einer gemeinsamen Welle 37 angebracht ist, die Teil der Turbine 16 ist, wie in 2 gezeigt. Der Turbolader zweiter Stufe 20 umfasst auch eine Lagerbaugruppe 51 und einen Hitzeschild 52, um die Lagerbaugruppe 51 von heißen Gasen abzuschirmen. Die Lagerbaugruppe 51 erlaubt eine Drehung des Kompressors und der Turbine 16. Auch Teil des Turboladers zweiter Stufe 20 bildet ein Kompressorgehäuse 48, das an der Turboladerbaugruppe 20 angebracht ist, um Drehung eines Kompressors innerhalb des Kompressorgehäuses 48 zu erlauben. Das Kompressorgehäuse 48 wird an seinem Ort durch Bolzen 56 gehalten. Das Kompressorgehäuse 48 hat einen Einlass 62 und einen Auslass 64. Auch in 2 ist die Lagerbaugruppe 51 gezeigt, die an ihrem Platz durch Spannplatten 76 und Bolzen 74 gehalten wird.
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Die Turboladervorrichtung 1 weist einen variablen Turbolader zweiter Stufe auf. Dieser enthält das zweite Turbinengehäuse 70 und einen Kolben 75. Der Kolben 75 ist ein gleitbarer Kolben 75. Der Kolben 75 ist gleitbar zwischen einer Kammer 80 und der Turbine 16. Dies erlaubt dem Kolben 75 zu gleiten und das Gebiet zwischen der Kammer 80 und der Turbine 16 zu schließen. Dies erlaubt den Abgasen, auf die Turbine erster Stufe 8 im Turbinengehäuse erster Stufe 40 gerichtet zu werden. Wenn ein gegebener Antriebs(druck)pegel am Turbolader erster Stufe erreicht ist, kann der Kolben 75 die Lücke über der Turbine zweiter Stufe 16 steuern, um die Turbinengeschwindigkeit des Turbinenrades erster Stufe 8 zu steuern und auch um Abgasen zu erlauben, zur Turbine zweiter Stufe 16 zu passieren. Der gleitbare Kolben zweiter Stufe 75 ist so aufgebaut, dass der Kolben 75 die Geschwindigkeit der Turbine im Turbolader erster Stufe und auch die Geschwindigkeit der Turbine im Turbolader zweiter Stufe steuern kann, ohne dass ein Nebenschlussventilsystem angewendet wird. Das spart die Herstellungskosten des Nebenschlussventilsystems und es verhindert auch die Möglichkeit, dass sich das Nebenschlussventilsystem abnutzt und ausfällt.
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Der gleitbare Kolben 75 hat ein Ende 27, das so gebildet ist, daß es einen Flansch 47 hat. Der Flansch 47 kann Schlitze (nicht gezeigt) aufweisen, die im Flansch 47 ausgebildet sind, um Flügeln zu erlauben, durch die Schlitze zu gleiten. Der Flansch 47 hat eine Fase 87, um Abgasen zu erlauben, auf beide Seiten des Flansches 47 einzuwirken, wenn sich der Kolben 75 in einer geschlossenen Stellung über dem Turbinenrad 16 des Turboladers zweiter Stufe befindet. Der Flansch ist derart aufgebaut, dass er Abgasen erlaubt, auf beide Seiten des Flansches einzuwirken, und dies vermeidet eine hohe seitliche Last auf den Kolben 75. Dies wiederum hilft, dass die Steuereinheit 81 in einer kompakten Gestaltung, wie gezeigt, ausgebildet sein kann.
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Dem Kolben 75 ist erlaubt, in der Bohrung eines Einsatzes 53 gleiten. Der Einsatz 53 weist Flügel 21 auf. Einem Flansch 47 des Kolbens 75 ist erlaubt, über die Flügel 21 zu gleiten, und der Kolben 75 ist in der Lage, zwischen den Flügeln und dem Turbinenrad zu gleiten.
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Justiermittel in der Form eines Anschlagrings 50 bilden einen Teil des Kolbens 75 aus. Der Anschlagring 50 weist eine Nut 90 auf, um einen Teil eines Steuersystems aufzunehmen. Der Anschlagring 50 erlaubt, dass der Kolben 75 so eingestellt werden kann, dass einem sehr kleinen Gasfluss erlaubt ist, am Turbolader zweiter Stufe vorbeizukommen, wenn sich der Kolben 75 in einer geschlossenen Stellung befindet, und falls es gewünscht ist. Dies erlaubt eine Drehung der Turbine zweiter Stufe 16, um einen Ölverlust an der Lagerbaugruppe 51 vorbei zu vermeiden, wenn die Abgase zur Turbine erster Stufe 8 geleitet werden.
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Der Anschlagring 50 kann an das Ende 19 des Einsatzes 53 anschlagen. Dies ermöglicht, dass eine genaue Einstellung erreicht wird. Wenn der Anschlagring 50 an das Ende 19 des Einsatzes 53 anschlagen kann, verhindert dies einen Austritt von Gas über die Bohrung des Einsatzes 53 und den Außendurchmesser des Kolbens 75.
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Um einen Gasverlust beim Steuern der ersten und zweiten Stufe der Zwillingsturboladervorrichtung 1 zu verhindern, kann ein Dichtungsring 35 im Kolben 75 (siehe 2) angeordnet werden. Falls gewünscht, kann der Dichtring 35 innerhalb der Bohrung des Einsatzes 53 angeordnet werden.
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Die Zwillingsturboladervorrichtung 1 weist Steuermittel 81 zum Steuern der Gleitbewegung des Kolbens 75 auf. Die Steuermittel 81 weisen eine Luftansaugleitung 170 zum Steuern eines Betätigers 71 auf. Eine Membran (nicht gezeigt) im Betätigerglied 71 wird über Luft oder ein Vakuum beaufschlagt. Die Luftansaugleitung wird von einem elektronischen Steuergerät (nicht gezeigt) gesteuert. Eine Bewegung der Membran verursacht eine Bewegung eines Hebels 57. Diese wiederum verursacht eine Drehung eines Stabes 58, der mit dem Hebel 57 verbunden ist. Dem Stab 58 ist es erlaubt, sich innerhalb einer Buchse 61 zu drehen. Die Buchse 61 ist im Turbinengehäuse 70 angebracht. Der Stab 58 ist mit einem Gabelglied 65 verbunden. Das Gabelglied 65 weist ein Paar von Armen 72, 73 auf. Jeder Arm 72, 73 weist ein Anordnungsglied 82 auf. Jedes Anordnungsglied 82 ist in einer Nut 90 des Anschlagrings 50, der in 2 gezeigt ist, angeordnet. Der Anschlagring 50 bildet einen Teil des Kolbens 75. Die Steuerung ist derart, dass eine Bewegung des Hebels 57 eine Bewegung des Gabelgliedes 65 erlaubt. Dies wiederum verursacht eine Gleitbewegung des Kolbens 75, um den Bereich über dem Turbinenrad zweiter Stufe 16 zu steuern.
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Eine alternative Ausbildung der Steuerung des gleitbaren Kolbens am Turbolader zweiter Stufe ist in den 9 und 10 gezeigt.
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Unter Bezugnahme auf die 9 und 10, sind dort die Steuermittel 41 gezeigt, die eine Luftansaugleitung 270 zum Steuern eines Betätigergliedes 45 aufweisen. Auf eine Membran (nicht gezeigt) im Betätigerglied 45 wird durch Luft oder ein Vakuum eingewirkt. Die Luftansaugleitung oder das Vakuum wird durch ein elektronisches Steuergerät (nicht gezeigt) gesteuert. Eine Bewegung der Membran verursacht eine Bewegung eines Stabes 18 und eine Bewegung des Kolbens 55, der mit dem Stab 18 über Arme 25 des Kolbens 55 verbunden ist.
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Alternative Steuermittel für die Betätigersteuerung 71, die in 1 gezeigt ist, kann ein elektronisches Steuergerät (nicht gezeigt) sein.
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2 zeigt eine Endabdeckung 84 an dem Turbinengehäuse 70 des Turboladers zweiter Stufe. Die Endabdeckung 84 wird an ihrem Ort durch Bolzen 85 gehalten. Die Endabdeckung 84 erlaubt einen Zusammenbau des Turboladers zweiter Stufe, wenn ein Gabelglied 65 benutzt wird, und sie erlaubt dem Kolben 75, innerhalb der Bohrung der Endabdeckung 84 zu gleiten, um Seitwärtsbewegungen des Kolbens 75 zu verhindern. Die Endabdeckung 84 verhindert, dass heiße Gase auf das Gabelglied 65 wirken.
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Es kann aus 2 gesehen werden, dass die Flügel 21 auf dem Einsatz 53 angebracht sind. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die Flügel auf einem Hitzeschild oder einem Einsatz angebracht werden, wie das in der Turboladervorrichtung von 10 gezeigt ist.
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2 zeigt den Einsatz 53 innerhalb des Turbinengehäuses 70 angebracht, um den Flügeln 21 zu erlauben, gegen das Turbinengehäuse 70 gehalten zu werden. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die Flügel gegen einen Hitzeschild oder die Lagerbaugruppe gehalten werden. Wenn das Ende der Flügel auf diese Weise gehalten ist, ist es den Gasen nicht erlaubt, um die Stirnflächen der Flügel wirksam zu werden. Dies ermöglicht, dass ein genauerer Gasfluss um das Ende des Flügelbereiches erreicht wird.
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2 zeigt den Einsatz 53, der im Turbinengehäuse 70 angebracht ist, um einen Verlust an Abgasen zwischen dem Einsatz 53 und dem Turbinengehäuse 70 zu verhindern. 2 zeigt die Verwendung einer Spannplatte 17, die aus einem federartigen Material sein kann. Die Spannplatte 17 kann an ihrem Ort mit Bolzen 42 gehalten werden. Alternativ kann die Spannplatte als ein Teil des Einsatzes ausgebildet sein. Alternativ kann der Einsatz an seinem Ort durch Federelemente, wie in 10 gezeigt, gehalten werden, wodurch die Feder 67 den Einsatz 68 hält und einen Gasaustritt an der Feder 67 vorbei verhindert. Die Federelemente können für die Herstellung und den Zusammenbau der Zwillingsturboladervorrichtung vorteilhaft sein.
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Unter Bezugnahme nun auf die 3 bis 11 im Einzelnen sind ähnlichen Teilen wie in den 1 und 2 dieselben Bezugszeichen für ein einfaches Vergleichen und Verstehen gegeben worden.
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Unter Bezugnahme nun auf 3 ist dort ein Teilschnitt einer zweiten Zwillingsturboladervorrichtung 2 gezeigt. Die Zwillingsturboladervorrichtung 2 weist ein Zwillingsspiralturbinengehäuse 23 auf. Wenn Abgase aus dem Turbinengehäuse 40 des Turboladers erster Stufe austreten, können die Abgase zum Zwillingsspiralturbinengehäuse 23 der zweiten Stufe gesendet werden, derart, dass die Abgase in die Spiralkammer 77 des Zwillingsspiralturbinengehäuses 23 eintreten. Dies erlaubt den Abgasen aus dem Turbolader erster Stufe auf die Turbine 16 des Turboladers zweiter Stufe einzuwirken. Es erlaubt auch, dass die Turboladervorrichtung 2 derart aufgebaut ist, dass die Spiralkammern 77 und 78 des Zwillingsspiralturbinengehäuses 23 getrennt sind, um verschiedene Drücke in jeder Spiralkammer 77 und 78 zu erlauben. Somit kann die Spiralkammer 78 des Turbinengehäuses 23 zum Steuern der Zwillingsturboladervorrichtung eingesetzt werden, und kann die Kammer 78 geschlossen werden, um Abgase aus dem Motor am Einwirken auf die Turbine 16 zu hindern, um die Abgase zum Turbolader erster Stufe zu senden.
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Unter Bezugnahme nun auf die 4 bis 6, ist 4 eine seitliche Schnittansicht einer dritten Zwillingsturboladervorrichtung 3. Die Zwillingsturboladervorrichtung 3 ist derart aufgebaut, dass der Turbolader zweiter Stufe auf dieselbe Weise arbeitet und gesteuert wird, wie es in den 1 und 2 gezeigt ist. Die Zwillingsturboladervorrichtung 3 hat einen Turbolader erster Stufe, mit einer Steuerklappe 34. Die Steuerklappe 34 ist innerhalb des Abgaseinlasses 38 des Turbinengehäuses 94 angebracht. Dies bildet ein Steuersystem für die Zwillingsturboladervorrichtung 3, die derart aufgebaut ist, dass die Abgase vom Wirken auf die Turbine 8 bei höheren Flussraten abgehalten werden können, um die Abgase zur Turbine zweiter Stufe 16 zu leiten.
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Die Steuerklappe 34 erlaubt auch, dass beide Turbinenbereiche geschlossen werden, damit ein Abgasbremssystem in der Zwillingsturboladervorrichtung 3 benutzt werden kann. Die Steuerklappe 34 kann auch zum Steuern von Druck in der Zwillingsturboladervorrichtung 3 bei Motorleerlaufgeschwindigkeiten eingesetzt werden, um einen gegebenen Druck innerhalb des Turbinengehäuses (der Turbinengehäuse) 94, und 95 zu halten. Dies vermindert die Druckaufbauzeit innerhalb der Turbinengehäuse 94, 95. Wie ebenfalls in 4 gezeigt, ist die Zwillingsturboladervorrichtung 3 derart aufgebaut, dass sie ein Einpassen der Steuerklappe 34 erlaubt, wobei die Turbinengehäuse 94, 95 ein einzelnes gegossenes Gehäuse 97 sind, das auf dem Auspuffkrümmer 198 angebracht ist. Die Steuerklappe 34 weist eine Betätigersteuereinheit 92 zur Bewegungssteuerung der Steuerklappe 34 auf. Luft oder Vakuum können zur Steuerung der Bewegung des Steuerbetätigers 92 eingesetzt werden. Alternativ kann, falls gewünscht, eine elektronische Steuereinheit verwendet werden.
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Unter Bezugnahme auf 5 ist dort ein Teilschnitt eines Steuersystems des Turboladers zweiter Stufe, der in 4 gezeigt ist, gezeigt. Das Steuersystem wirkt auf dieselbe Weise, wie in den 1 und 2 gezeigt. Der Kolben 75 ist in einer geschlossenen Stellung gezeigt. in 5 ist auch eine Seitenansicht des Steuerhebels 98 gezeigt. Wie gesehen werden kann, wird ein Anschlussstift 96 angewendet, um die Betätigersteuereinheit 92 mit der Steuerklappe 34 zu verbinden.
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Unter Bezugnahme auf 6 ist dort ein Teilschnitt des Steuersystems des Turboladers zweiter Stufe gezeigt, der in den 4 und 5 gezeigt ist. 6 zeigt den Kolben 75 in einer geöffneten Stellung.
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Unter Bezugnahme auf 7 ist dort eine seitliche Schnittansicht einer vierten Zwillingsturboladervorrichtung 4 gezeigt. Die Zwillingsturboladervorrichtung 4 verbindet Gestaltungsmerkmale der Zwillingsturboladervorrichtungen, die in den 1 bis 6 gezeigt sind. Die Zwillingsturboladervorrichtung 4 kann besonders wirkungsvoll im Betrieb sein. Die Zwillingsturboladervorrichtung 4 weist ein variables Turbinengebiet zweiter Stufe auf, wie in den 1 und 2 gezeigt. Die Zwillingsturboladervorrichtung 4 hat das Zwillingsspiralturbinengehäuse, wie in 3 gezeigt, um Abgasen aus dem Turbinengehäuse erster Stufe zu erlauben, auf die Turbine zweiter Stufe einzuwirken. Die Zwillingsturboladervorrichtung 4 hat die Steuerklappe, die in den 4 bis 6 gezeigt ist.
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Unter Bezugnahme auf 8 ist dort ein Teilschnitt der Steuermittel für die Zwillingsturboladervorrichtung 4 gezeigt, die in der 7 gezeigt ist. Wie in der 8 gezeigt, verwendet die Zwillingsturboladervorrichtung 4 die Gestaltungsmerkmale der Zwillingsturboladervorrichtung, die in den 1 bis 7 gezeigt ist. Somit weist die Zwillingsturboladervorrichtung 4 einen variablen Turbinenbereich zweiter Stufe auf. wie in den 1 - 2 gezeigt, wobei der Kolben 75 in einer geschlossenen Stellung gezeigt ist. Die Zwillingsturboladervorrichtung 4 hat das Zwillingsspiralturbinengehäuse, das in 3 gezeigt ist, um den Abgasen aus der Turbine erster Stufe zu erlauben, auf die Turbine zweiter Stufe einzuwirken. Die Zwillingsturboladervorrichtung 4 hat die Steuerklappe, die in den 4 bis 7 gezeigt ist, um Abgasen zu erlauben, bei hohen Flussraten zur Turbine zweiter Stufe geleitet zu werden, falls es gewünscht ist, und um die Verwendung eines Abgasbremssystem mit der Zwillingsturboladervorrichtung 4 zu erlauben.
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Unter Bezugnahme nun auf die 9 und 10, ist dort eine alternative Form von Steuermitteln zum Steuern des gleitbaren Kolbens an dem Turbolader zweiter Stufe einer fünften Zwillingsturboladervorrichtung 5 gezeigt. Die Steuermittel sind als Steuermittel 41 gezeigt, die eine Luftansaugleitung 270 zum Steuern eines Betätigerglieds 45 aufweisen. Wenn eine Membran (nicht gezeigt) im Betätigerglied 45 durch Luft oder ein Vakuum beaufschlagt wird, verursacht die Bewegung der Membran eine Bewegung eines Stabes 18 und eine Bewegung eines Kolbens 55, der mit dem Stab 18 über Arme 25 des Kolbens 55 verbunden ist. Die Flügel 60 können am Einsatz 68 oder am Hitzeschild 59 angebracht sein. Wenn die Flügel 60 am Einsatz 68 angebracht sind, kann eine Feder 67 das Ende der Flügel gegen den Hitzeschild 59 drücken, um einen genauen Gasfluss um das Ende der Flügel 60 zu erlauben. 9 zeigt auch, wie die Gase, die aus dem Turbolader erster Stufe 102 austreten, in der Lage sind, durch die Austrittskammer 105 des Turboladers zweiter Stufe gesendet zu werden.
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Unter Bezugnahme nun auf 11, ist dort eine seitliche Teilschnittansicht eines Auspuffkrümmers und Zwillingsturboladergehäuses 307 gezeigt. Das Gehäuse 307 ist als ein einzelnes Gehäuse gegossen. Das Gehäuse 307 ist von kompakter Gestaltung. Insbesondere ist der Turbinenbereich 305 des Turboladers zweiter Stufe sehr nah am Auspuffkrümmer 302 gegossen. Dies erlaubt daß die Spiralkammer 310 so nah wie möglich am Auspuffkrümmer 302 ist. Dies lässt eine Verringerung der Druckaufbauzeit innerhalb der Spiralkammern der Zwillingsturboladervorrichtung zu. Um das Kompressorgehäuse daran zu hindern, den Auspuffkrümmer 302 zu berühren, ist die Gestaltung derart, dass es dem Kompressorgehäuse möglich ist, mit dem Endabschnitt des Auspuffkrümmers 302 zu überlappen.
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Es muss gewürdigt werden, dass die Ausführungsbeispiele der Erfindung, die oben mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben worden sind, nur rein als Beispiel gegeben sind und dass Abwandlungen durchgeführt werden können. Somit können z.B. Führungsflügel im Turbolader erster Stufe eingesetzt werden. Zwei einzelne Turbolader können am Auspuffkrümmer angebracht werden. Die erste Turboladerstufe kann auch einen gleitbaren Kolben verwenden.
