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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Turboladervorrichtung und, insbesondere,
bezieht sich diese Erfindung eine Zwillingsturboladervorrichtung.
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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 in 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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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 auf 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 zuzulassen;
der Turbolader
zweiter Stufe weist auf 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; 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. Der Ölverlust
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 (face) 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 Turbofaders 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:
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1 eine
seitliche Schnittansicht einer ersten Zwillingsturboladervorrichtung
ist;
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2 ein
Teilschnitt der Steuerung der in 1 gezeigten
Zwillingsturboladervorrichtung ist;
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3 eine
Teilschnittansicht einer Steuerung einer zweiten Zwillingsturboladervorrichtung
ist, die ein Zwillingsspiralturbinengehäuse zeigt;
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4 eine
seitliche Schnittansicht einer dritten Zwillingsturboladervorrichtung
ist, die eine Klappe in einem Turbinengehäuse erster Stufe zeigt;
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5 eine
Teilschnittansicht der Steuerung der in 4 gezeigten
Zwillingsturboladervorrichtung mit einem Steuerkolben in einer geschlossenen Stellung
ist;
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6 eine
Teilschnittansicht der Steuerung der in 4 gezeigten
Zwillingsturboladervorrichtung mit dem Steuerkolben in einer geöffneten
Stellung ist;
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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;
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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;
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9 eine
seitliche Schnittansicht einer fünften
Zwillingsturboladervorrichtung ist;
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10 eine
Teilschnittansicht der in 9 gezeigten
fünften
Zwillingsturboladervorrichtung ist; und
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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
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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 Bezug 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.
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Zusammenfassung
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Eine
Zwillingsturboladervorrichtung (1) die einen Turbolader
erster Stufe (10) und einen Turbolader zweiter Stufe (20)
aufweist; der auch einen gleitbaren Kolben (75) zum Schließen oder
Beschränken
eines Bereiches über
der Turbine zweiter Stufe (16), und Steuermittel (81)
aufweist, die mit dem gleitbaren Kolben (75) verbunden
sind, und die zum Steuern der Gleitbewegung des gleitbaren Kolbens
(75) vorgesehen sind; und wobei die Zwillingsturboladervorrichtung
(1) derart aufgebaut ist, daß, wenn sich der gleitbare
Kolben (75) in einer geschlossenen oder beschränkenden
Stellung zum Schließen
oder Beschränken
des Gebietes über
der Turbine zweiter Stufe (16) befindet, die Abgase zur Turbine
erster Stufe (8) geleitet werden, derart, dass, wenn ein
vorgegebener Antriebsdruck am Turbolader erster Stufe (10)
erreicht ist, der gleitbare Kolben (75) arbeitet, um die
Turbinengeschwindigkeit des Turboladers erster Stufe (10)
zu steuern, und um Abgasen zu erlauben, zur Turbine zweiter Stufe
(16) geleitet zu werden.