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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader, der ein Ventil in einem Einlass eines Turbinenspiralkanals aufweist. Ein Turbolader mit den oberbegrifflichen Merkmalen von Anspruch 1 ist aus PTL 3 bekannt.
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Hintergrund der Technik
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Bisher waren Turbolader bekannt, bei denen eine Turbinenwelle, an deren beiden Enden ein Turbinen- bzw. ein Verdichterlaufrad bereitgestellt werden, drehbar durch ein Lagergehäuse gelagert ist. Ein Turbolader eines solchen Typs ist mit einem Motor verbunden. Ein von dem Motor ausgestoßenes Abgas dreht das Turbinenlaufrad, und die Drehung des Turbinenlaufrades dreht das Verdichterlaufrad über die Turbinenwelle. Dadurch verdichtet der Turbolader Luft, während sich das Verdichterlaufrad dreht, und führt die verdichtete Luft dem Motor zu.
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Es sind verschiedene Entwicklungen durchgeführt worden, um die Turboladeleistung derartiger Turbolader zu steigern. PTL 1 offenbart einen mehrstufigen Turbolader, bei dem ein Turbolader der Niederdruckstufe und ein Turbolader der Hochdruckstufe zusammenhängend bereitgestellt werden. PTL 2 offenbart einen Twin-Scroll-Turbolader, bei dem zwei getrennte Turbinenspiralkanäle ein Abgas zu einem Turbinenlaufrad führen. PTL 4, PTL 5 und PTL 6 betreffen ebenfalls Turbolader.
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Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases infolge einer niedrigen Motordrehzahl gering ist, lässt der mehrstufige Turbolader den größten Teil des Abgases in den Turbolader der Niederdruckstufe strömen, nachdem das Abgas wirkungsvoll einer Energieumwandlung mithilfe des Turboladers der Hochdruckstufe mit geringer Kapazität unterzogen worden ist. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases demgegenüber infolge einer hohen Motordrehzahl hoch ist, vermeidet der mehrstufige Turbolader einen Anstieg des Gegendrucks des Motors, indem er den größten Teil des Abgases direkt in den Turbolader der Niederdruckstufe mit hoher Kapazität strömen lässt, ohne das Abgas durch den Turbolader der Hochdruckstufe mit der geringen Kapazität strömen zu lassen.
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Der Twin-Scroll-Turbolader lässt unterdessen das Abgas durch einen der beiden getrennten Turbinenspiralkanäle strömen, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases infolge einer niedrigen Motordrehzahl gering ist, und lässt das Abgas durch beide Turbinenspiralkanäle strömen, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases infolge einer hohen Motordrehzahl hoch ist. Dadurch können das Ansprechverhalten und das Drehmoment des Laders besonders bei niedriger Motordrehzahl verbessert werden.
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Zum Umschalten der Kanäle für das Abgas abhängig von der Motorleistung, wie oben beschrieben, beinhaltet jeder Turbolader ein Ventil, das in dem Einlass jedes Turbinenspiralkanals bereitgestellt wird. Wenn das Ventil mit einer entsprechenden Sitzfläche in Kontakt kommt, die an einer Abgaskrümmerseite des Motors bereitgestellt wird, schließt das Ventil einen entsprechenden Auslass des Abgaskrümmers und verhindert, dass das Abgas in den Turbinenspiralkanal strömt, der hinter dem Auslass bereitgestellt wird. Abhängig von einem Öffnungsausmaß des Ventils regelt der mehrstufige Turbolader die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, das in den Turbolader der Hochdruckstufe strömt, wohingegen der Twin-Scroll-Turbolader die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, das in den einen Turbinenspiralkanal strömt, und die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases regelt, das in den anderen Turbinenspiralkanal strömt.
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Liste der Zitate
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Patentliteratur
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- [PTL 1] JP 2010 - 270 715 A
- [PTL 2] JP 2007 - 192 118 A
- [PTL 3] DE 60 2004 010 346 T2
- [PTL 4] JP H05- 248 253 A
- [PTL 5] JP 2007 - 56 774 A
- [PTL 6] GB 1 427 866 A
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Übersicht über die Erfindung
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Technisches Problem
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Im Fall des Turboladers, der, wie oben beschrieben, das Ventil beinhaltet, das so gestaltet ist, dass es die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases von dem Abgaskrümmer in den Turbinenspiralkanal regelt, muss ein Winkel, in dem das Ventil an dem Turbolader angebracht wird, präzise sein. Wenn das Ventil so an dem Turbolader angebracht werden kann, dass das Ventil geschlossen ist oder das Ventil die Sitzfläche verschließt, ist es insofern möglich, die Präzision des Winkels, in dem das Ventil an dem Turbolader angebracht wird, oder die Präzision des Winkels zu erhöhen, in dem das Ventil zu dem Turbolader gestellt wird. Wenn für den Turbolader jedoch eine Gestaltung verwendet wird, bei der die Öffnung (der Umfangsrand) des Abgaskrümmers als Sitzfläche dient, kann das Ventil nicht mit der Sitzfläche in Kontakt gebracht werden, ohne den Abgaskrümmer mit dem Turbolader zu verbinden.
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Wenn der Abgaskrümmer mit dem Turbolader verbunden ist, wird der Turbolader andererseits hinter dem Abgaskrümmer verborgen, und das Ventil kann nicht angebracht werden. Aus diesen Gründen beinhaltet der Schritt des Anbringens des Ventils an dem Turbolader einen komplizierten Vorgang zum Einstellen des Winkels.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Turbolader bereitzustellen, der einen präzisen und einfachen Vorgang zum Anbringen eines Ventils bereitstellt, das so gestaltet ist, dass es eine Strömungsgeschwindigkeit eines Abgases regelt, das in ein Turbinenlaufrad strömt.
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Lösung des Problems
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt einen Turbolader bereit, der beinhaltet: ein Turbinengehäuse, in dem ein Turbinenlaufrad untergebracht ist; eine Einleitungsöffnung, die in dem Turbinengehäuse bereitgestellt wird und so gestaltet ist, dass sie ein Abgas, das von einem Abgaskrümmer eines Motors in die Einleitungsöffnung strömt, zu dem Turbinenlaufrad führt; ein Ventil, das innerhalb der Einleitungsöffnung bereitgestellt wird und so gestaltet ist, dass es eine Abgasausstoßöffnung in dem Abgaskrümmer öffnet und schließt, wobei das Ventil einen Schaft, der drehbar durch das Turbinengehäuse gelagert ist, eine Trägerplatte, die eine Einsetzöffnung aufweist, in die der Schaft eingesetzt wird, und eine Freilegungsöffnung, die mit der Einsetzöffnung in Verbindung steht und so gestaltet ist, dass sie einen Teil einer Außenumfangsfläche des Schaftes freilegt, wobei die Trägerplatte in der Freilegungsöffnung an den Schaft geschweißt ist, und einen Ventilkörper beinhaltet, der durch die Trägerplatte gestützt wird und so gestaltet ist, dass er die Ausstoßöffnung öffnet und schließt; und einen Begrenzungsabschnitt, der so gestaltet ist, dass er eine Drehung der Trägerplatte begrenzt, um den Teil der Außenumfangsfläche des Schaftes, der durch die Freilegungsöffnung freigelegt wird, von außerhalb des Turbinengehäuses sichtbar zu machen.
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Der Begrenzungsabschnitt kann so bereitgestellt werden, dass er die Drehung der Trägerplatte außerhalb eines Bereichs von einer vollständig geschlossenen bis zu einer vollständig geöffneten Stellung des Ventils begrenzt, wobei es sich bei dem Bereich um einen Bereich von Drehwinkeln der Trägerplatte um eine Drehachse des Schaftes handelt.
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Von demselben Blickwinkel aus betrachtet, kann ein Bereich der Außenumfangsfläche des Schaftes, der von außerhalb des Turbinengehäuses in dem Zustand zu sehen ist, in dem die Drehung der Trägerplatte durch den Begrenzungsabschnitt begrenzt ist, größer als ein Bereich der Außenumfangsfläche des Schaftes sein, der von außerhalb des Turbinengehäuses zu sehen ist, wenn sich das Ventil in einer vollständig geschlossenen Stellung befindet.
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Der Begrenzungsabschnitt kann aus einem vorstehenden Abschnitt ausgebildet sein, der an der Trägerplatte bereitgestellt wird, und der vorstehende Abschnitt kann die Drehung der Trägerplatte begrenzen, indem er mit dem Turbinengehäuse in Kontakt kommt.
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Der Begrenzungsabschnitt kann aus einem vorspringenden Abschnitt ausgebildet sein, der an dem Turbinengehäuse bereitgestellt wird, und der vorspringende Abschnitt kann die Drehung der Trägerplatte begrenzen, indem er mit der Trägerplatte in Kontakt kommt.
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Der Begrenzungsabschnitt kann aus einem vorstehenden Abschnitt, der an der Trägerplatte bereitgestellt wird, und aus einem vorspringenden Abschnitt ausgebildet sein, der an dem Turbinengehäuse bereitgestellt wird, und der vorstehende Abschnitt und der vorspringende Abschnitt können miteinander in Kontakt kommen und dadurch die Drehung der Trägerplatte begrenzen.
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Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht einen präzisen und einfachen Vorgang zum Anbringen eines Ventils, das so gestaltet ist, dass es eine Strömungsgeschwindigkeit eines Abgases regelt, das in ein Turbinenlaufrad strömt.
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Figurenliste
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- [1] 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Turboladers.
- [2] 2 (a) und 2 (b) sind erläuternde Ansichten zur Erläuterung eines Ventils, das in einem Einlass eines Turbinenspiralkanals angeordnet ist und das vollständig geöffnet ist.
- [3] 3 ist eine vergrößerte Teilansicht eines Schaftes einer Trägerplatte innerhalb einer Einleitungsöffnung und der Umgebung des Schaftes.
- [4] 4 (a) und 4 (b) sind erläuternde Ansichten zur Erläuterung des Ventils, das in dem Einlass des Turbinenspiralkanals angeordnet ist und das vollständig geschlossen ist.
- [5] 5 (a) und 5 (b) sind erläuternde Ansichten zur Erläuterung des Ventils, das in dem Einlass des Turbinenspiralkanals angeordnet ist und das sich während der Betätigung über einen Bereich von Drehwinkeln des Schaftes hinaus dreht.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden ausführliche Beschreibungen für eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Abmessungen, Materialien, konkrete Zahlenwerte und dergleichen in der Ausführungsform werden lediglich als Beispiele dargestellt, um die vorliegende Erfindung leicht verständlich zu machen. Nichts von diesen schränkt die vorliegende Erfindung ein, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben wird. Es ist zu beachten, dass: überall in der Beschreibung und in den Zeichnungen Elemente, die nahezu dieselben Funktionen und Gestaltungen aufweisen, durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet werden; wodurch doppelte Beschreibungen weggelassen werden; und Elemente, die nicht direkt etwas mit der vorliegenden Erfindung zu tun haben, werden aus den Abbildungen weggelassen.
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1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Turboladers C. In der folgenden Beschreibung verweist eine Richtung eines Pfeils F in 1 auf eine Vorderseite des Turboladers C, und eine Richtung eines Pfeils R in 1 verweist auf eine Rückseite des Turboladers C. Wie in 1 dargestellt, beinhaltet der Turbolader C einen Turboladerkörper 1. Der Turboladerkörper 1 ist integral ausgebildet aus: einem Lagergehäuse 2; einem Turbinengehäuse 4, das mithilfe eines Befestigungsbolzens 3 mit einer Vorderseite des Lagergehäuses 2 verbunden ist; und einem Verdichtergehäuse 6, das mithilfe eines Befestigungsbolzens 5 mit einer Rückseite des Lagergehäuses 2 verbunden ist.
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Eine Lageröffnung 2a, die das Lagergehäuse 2 in einer Vorder-Rück-Richtung des Turboladers C durchdringt, ist in dem Lagergehäuse 2 ausgebildet. Eine Turbinenwelle 7 ist durch die Lageröffnung 2a drehbar gelagert, wobei Lager dazwischen angeordnet sind. Ein Turbinenlaufrad 8 ist integral an einem vorderen Endabschnitt (einem Ende) der Turbinenwelle 7 befestigt. Das Turbinenlaufrad 8 ist drehbar innerhalb des Turbinengehäuses 4 untergebracht. Zusätzlich ist ein Verdichterlaufrad 9 integral an einem hinteren Endabschnitt (einem gegenüberliegenden Ende) der Turbinenwelle 7 befestigt. Das Verdichterlaufrad 9 ist drehbar innerhalb des Verdichtergehäuses 6 untergebracht.
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Eine Einlassöffnung 10 ist in dem Verdichtergehäuse 6 ausgebildet. Die Einlassöffnung 10 ist zu der Rückseite des Turboladers C geöffnet und ist mit einem Luftfilter verbunden, obwohl nicht veranschaulicht. Wenngleich das Lagergehäuse 2 und das Verdichtergehäuse 6 mithilfe des Befestigungsbolzens 5 miteinander verbunden sind, bilden zudem gegenüberliegenden Flächen der beiden Gehäuse 2, 6 einen Diffusorkanal 11 aus, der so gestaltet ist, dass er den Druck der Luft durch Verdichten der Luft erhöht. Der Diffusorkanal 11 ist wie ein Ring so um eine Mittelachse der Turbinenwelle 7 (des Verdichterlaufrads 9) ausgebildet, dass der Diffusorkanal 11 sich von seinem Inneren in radialen Richtungen der Turbinenwelle 7 (des Verdichterlaufrads 9) nach außen erstreckt. Des Weiteren steht eine Innenseite des Diffusorkanals 11 in den radialen Richtungen der Turbinenwelle 7 mit der Einlassöffnung 10 über einen Raum zum Unterbringen des Verdichterlaufrads 9 in Verbindung.
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Das Verdichtergehäuse 6 ist mit einem Verdichterspiralkanal 12 ausgestattet. Der Verdichterspiralkanal 12 ist wie ein Ring um die Mittelachse der Turbinenwelle 7 (des Verdichterlaufrads 9) ausgebildet und in den radialen Richtungen der Turbinenwelle 7 (des Verdichterlaufrads 9) außerhalb des Diffusorkanals 11 platziert. Der Verdichterspiralkanal 12 steht mit einer Einlassöffnung eines Motors, obwohl nicht veranschaulicht, sowie mit dem Diffusorkanal 11 in Verbindung. Aus diesem Grund wird ein Fluid, wenn sich das Verdichterlaufrad 9 dreht, durch die Einlassöffnung 10 in das Verdichtergehäuse 6 aufgenommen. Anschließend wird das auf diese Weise aufgenommene Fluid zu der Einlassöffnung des Motors geführt, während der Druck des Fluids in dem Diffusorkanal 11 und dem Verdichterspiralkanal 12 erhöht wird.
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Eine Ausstoßöffnung 13 ist in dem Turbinengehäuse 4 ausgebildet. Die Ausstoßöffnung 13 ist zu der Vorderseite des Turboladers C geöffnet und ist mit einer Abgasreinigungsanlage verbunden, obwohl nicht veranschaulicht. Das Turbinengehäuse 4 ist mit einem Kanal 14 ausgestattet; und ein ringförmiger Turbinenspiralkanal 15 ist außerhalb des Kanals 14 in den radialen Richtungen der Turbinenwelle 7 (des Turbinenlaufrads 8) platziert. Der Turbinenspiralkanal 15 steht mit einem Gaseinlass, obwohl nicht veranschaulicht, zu dem ein Abgas geführt wird, das aus einem Abgaskrümmer des Motors, obwohl nicht veranschaulicht, ausgestoßen wird, und außerdem mit dem Kanal 14 in Verbindung. Aus diesem Grund wird das Abgas, das durch den Gaseinlass in den Turbinenspiralkanal 15 geführt wird, über den Kanal 14 und das Turbinenlaufrad 8 zu der Ausstoßöffnung 13 geführt und dreht das Turbinenlaufrad 8, während es dort strömt. Ein Drehmoment des Turbinenlaufrads 8 wird über die Turbinenwelle 7 auf das Verdichterlaufrad 9 übertragen. Ein Drehmoment des Verdichterlaufrads 9 führt das Fluid zu der Einlassöffnung des Motors, während der Druck des Fluids, wie oben beschrieben, erhöht wird.
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Der Turbolader C der Ausführungsform bildet einen Turbolader der Niederdruckstufe in einem mehrstufigen Turbolader mit Reihenanordnung. Der Turbolader C beinhaltet ein Ventil, das in einem Einlass des Turbinenspiralkanals 15 bereitgestellt wird. Dieses Ventil regelt die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, das in den Turbolader der Niederdruckstufe strömt, und die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, das in den Turbolader der Hochdruckstufe strömt. Im Folgenden werden ausführliche Beschreibungen für das Ventil und eine Struktur in der Umgebung des Ventils bereitgestellt.
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2 (a) und 2 (b) sind erläuternde Ansichten zur Erläuterung eines vollständig geöffneten Ventils 20, das in dem Einlass des Turbinenspiralkanals 15 angeordnet ist, und wie das Ventil 20 vollständig geöffnet wird. 2 (a) stellt eine perspektivische Ansicht des Turboladers C dar, und 2 (b) stellt eine Seitenansicht des Turboladers C dar. Im Übrigen extrahieren und zeigen 2 (a) und 2 (b) das Turbinengehäuse 4 lediglich, um das Verständnis zu erleichtern, und lassen eine Veranschaulichung des Lagergehäuses 2 und des Verdichtergehäuses 6 weg.
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Wie in 2 (a) und 2 (b) dargestellt, wird eine Flanschfläche 4a an einer Seitenfläche des Turbinengehäuses 4 bereitgestellt. Die Flanschfläche 4a ist so gestaltet, dass sie in der Lage ist, mit einer Flanschfläche, die an dem Abgaskrümmer des Motors bereitgestellt wird, in Flächenkontakt zu kommen, wenn der Turbolader C und der Motor miteinander verbunden werden. Das Turbinengehäuse 4 und der Abgaskrümmer werden mit Bolzen durch Bolzenöffnungen 4b aneinander befestigt, wobei die beiden Flächen miteinander in Flächenkontakt stehen.
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Die Flanschfläche 4a ist mit einer Durchgangsöffnung 4d ausgestattet, die bis zu einer weiteren Flanschfläche 4c des Turbinengehäuses 4 vordringt. Die Flanschfläche 4c ist so gestaltet, dass sie in der Lage ist, mit einer Flanschfläche, die an einem Turbinengehäuse in dem Turbolader der Hochdruckstufe, obwohl nicht veranschaulicht, bereitgestellt wird, in Flächenkontakt zu treten, wenn der Turbolader C und der Turbolader der Hochdruckstufe miteinander verbunden werden. Das Turbinengehäuse des Turboladers C und das Turbinengehäuse des Turboladers der Hochdruckstufe werden mit Bolzen durch Bolzenöffnungen 4e aneinander befestigt, wobei die beiden Flächen miteinander in Flächenkontakt stehen.
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Die Flanschfläche 4a ist ferner mit einer Einleitungsöffnung 4f ausgestattet, die mit dem Turbinenspiralkanal 15 in Verbindung steht. Wenn der Turbolader C und der Abgaskrümmer miteinander verbunden sind, stehen die Durchgangsöffnung 4d und die Einleitungsöffnung 4f jeweils mit zwei Ausstoßöffnungen, obwohl nicht veranschaulicht, in dem Abgaskrümmer in Verbindung. Aus diesem Grund wird das Abgas, das aus einer der Abgasöffnungen in dem Abgaskrümmer ausgestoßen wird, über die Durchgangsöffnung 4d zu dem Turbinenspiralkanal in dem Turbolader der Hochdruckstufe geführt, der mit der Flanschfläche 4c verbunden ist, wohingegen das Abgas, das aus der anderen Ausstoßöffnung ausgestoßen wird, über die Einleitungsöffnung 4f zu dem Turbinenspiralkanal 15 in dem Turbolader C geführt wird.
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Des Weiteren wird das Ventil 20, das so gestaltet ist, dass es eine der Ausstoßöffnungen in dem Abgaskrümmer öffnet und schließt, innerhalb der Einleitungsöffnung 4f bereitgestellt. Das Ventil 20 beinhaltet einen Schaft 21, eine Trägerplatte 22 und einen Ventilkörper 23.
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3 ist eine vergrößerte Teilansicht des Schaftes 21 innerhalb der Einleitungsöffnung 4f und der Umgebung des Schaftes 21. Im Übrigen extrahiert und zeigt 3 eine Freilegungsöffnung 22b in der Trägerplatte 22 und die Umgebung der Freilegungsöffnung 22b lediglich, um das Verständnis zu erleichtern.
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Bei dem Schaft 21 handelt es sich um eine Stange (einen stabförmigen Körper), die so gestaltet ist, dass sie die Trägerplatte 22 und den Ventilkörper 23 in Reaktion auf die Drehung einer Verbindungslasche 24 (die im Folgenden beschrieben wird) näher an die Ausstoßöffnung in dem Abgaskrümmer heranbringt oder diese weiter davon entfernt. Wie in 3 dargestellt, ist der Schaft 21 durch das Turbinengehäuse 4 mit Unterstützung durch ein Lager 4g drehbar gelagert. Bei der Trägerplatte 22 handelt es sich um ein plattenförmiges Element, und sie beinhaltet: eine Einsetzöffnung 22a, in die der Schaft 21 eingesetzt werden soll; und die Freilegungsöffnung 22b, die mit der Einsetzöffnung 22a in Verbindung steht und einen Teil der Außenumfangsfläche des Schaftes 21 freilegt. Wie in 2 (a) dargestellt, wird der Ventilkörper 23 durch die Trägerplatte 22 gestützt und öffnet und schließt die Ausstoßöffnung in dem Abgaskrümmer. Im Übrigen kann von der Trägerplatte 22 ein Abschnitt zum Stützen des Ventils 23 in einer Öffnungsrichtung der Ausstoßöffnung in dem Abgaskrümmer aus einem weiteren Abschnitt gebogen sein, der mit dem Schaft 21 verbunden ist, wie in 2 (a) dargestellt.
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Die Trägerplatte 22 und der Ventilkörper 23 werden zum Beispiel durch Schweißen aneinander befestigt. Ferner wird der Schaft 21, während er in die Einsetzöffnung 22a in der Trägerplatte 22 eingesetzt ist, geschweißt, indem ein Brenner oder dergleichen in die Nähe der Freilegungsöffnung 22b gebracht wird. Dadurch dreht sich der Ventilkörper 23 mit Unterstützung der Trägerplatte 22 integral mit dem Schaft 21.
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Wie in 2 (a) und 2 (b) dargestellt, ist ein Ende des Schaftes 21 an der Verbindungslasche 24 befestigt, während es in einer Befestigungsöffnung 24a in der Verbindungslasche 24 eingesetzt ist. Ein Verriegelungselement, obwohl nicht veranschaulicht, das an einer Stange eines Aktuators befestigt ist und so gestaltet ist, dass es sich mit der Stange bewegt, ist drehbar in eine durchgehende Montageöffnung 24b in der Verbindungslasche 24 eingesetzt.
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Der Aktuator betätigt die Verbindungslasche 24 mithilfe der Stange. Dadurch dreht die Verbindungslasche 24 den Schaft 21 um seinen Drehmittelpunkt. In Reaktion auf die Drehung dreht sich der Schaft 21. In Reaktion auf die Drehung des Schaftes 21 öffnet und schließt die Trägerplatte 22 den Ventilkörper 23.
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Der mehrstufige Turbolader bewirkt, dass der größte Teil des Abgases in den Turbolader der Niederdruckstufe strömt, nachdem das Abgas mithilfe des Turboladers der Hochdruckstufe mit geringer Kapazität wirkungsvoll einer Energieumwandlung unterzogen worden ist, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases infolge einer niedrigen Motordrehzahl gering ist. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases demgegenüber infolge einer hohen Motordrehzahl hoch ist, vermeidet der mehrstufige Turbolader einen Anstieg des Gegendrucks des Motors, indem er den größten Teil des Abgases direkt in den Turbolader der Niederdruckstufe mit hoher Kapazität strömen lässt, ohne das Abgas durch den Turbolader der Hochdruckstufe mit der geringen Kapazität strömen zu lassen.
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Wenn der Ventilkörper 23 mit einer Sitzfläche der Ausstoßöffnung in Kontakt kommt, die an der Abgaskrümmerseite des Motors bereitgestellt wird, schließt das Ventil 20 den Auslass der Ausstoßöffnung und verhindert dadurch, dass das Abgas in den Turbinenspiralkanal 15 strömt. Dadurch wird sämtliches Abgas, das aus dem Motor ausgestoßen wird, von dem Abgaskrümmer über die Durchgangsöffnung 4d in dem Turbolader C zu dem Turbolader der Hochdruckstufe geführt. Auf diese Weise werden die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, das in den Turbolader C strömt, und die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, das in den Turbolader der Hochdruckstufe strömt, durch Anpassen der Öffnung des Ventils 20 geregelt.
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Als Nächstes werden ausführliche Beschreibungen für einen Schritt zum Anbringen des Ventils 20 bereitgestellt. Als Erstes wird, während die Trägerplatte 22 innerhalb der Einleitungsöffnung 4f platziert ist, der Schaft 21 in die Einsetzöffnung 22a in der Trägerplatte 22 und in das Lager 4g eingesetzt. Anschließend wird ein Endabschnitt des Schaftes 21, der zu der Außenseite des Turbinengehäuses 4 vorsteht, in die Befestigungsöffnung 24a in der Verbindungslasche 24 eingesetzt. Danach wird die Verbindungslasche 24 an den Schaft 21 geschweißt, während die Drehposition der Verbindungslasche 24 um den Schaft 21 mithilfe einer Haltevorrichtung oder dergleichen begrenzt wird. Danach wird die Trägerplatte 22 in der Freilegungsöffnung 22b an den Schaft 21 geschweißt. Im Folgenden werden Beschreibungen für eine Stellung bereitgestellt, in der das Ventil 20 platziert werden sollte, um den Schweißprozess zu erleichtern.
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In 2 (a) und 2 (b) ist das Ventil 20 vollständig geöffnet, und der Ventilkörper 23 befindet sich in einer Stellung, in der der Ventilkörper 23 die Ausstoßöffnung in dem Abgaskrümmer unverschlossen lässt, selbst wenn der Turbolader C und der Motor miteinander verbunden sind.
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4 (a) und 4 (b) sind erläuternde Ansichten zur Erläuterung des Ventils 20, das in dem Einlass des Turbinenspiralkanals 15 angeordnet ist und das vollständig geschlossen ist. Wenn sich das Ventil in einer vollständig geschlossenen Stellung befindet, ist ein Teil der Freilegungsöffnung 22b hinter dem Turbinengehäuse 4 verborgen, wie in 4 (a) und 4 (b) dargestellt. Wenn der Schaft 21 und die Trägerplatte 22 zusammengeschweißt werden, kann der Brenner aus diesem Grund nicht in die Nähe der Freilegungsöffnung 22b gebracht werden, und das Schweißen ist schwierig durchzuführen. Selbst wenn sich das Ventil 20 in einer vollständig geöffneten Stellung befindet, ist ein Zwischenraum zwischen der Freilegungsöffnung 22b und dem Turbinengehäuse 4 schmal, wie in 2 (a) und 2 (b) dargestellt. Aus diesem Grund ist das Schweißen schwierig durchzuführen.
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5 (a) und 5 (b) sind erläuternde Ansichten zur Erläuterung des Ventils 20, das in dem Einlass des Turbinenspiralkanals 15 angeordnet ist und das sich während der Betätigung über einen Bereich von Drehwinkeln des Schaftes 21 hinaus dreht. Diese Zeichnungen stellen den Turbolader C in einem Zustand dar, in dem sich das Ventil 20 während der Betätigung über einen Bereich von Drehwinkeln des Schaftes 21 (der Trägerplatte 22) hinaus dreht.
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Wenn sich das Ventil 20 innerhalb der Einleitungsöffnung 4f tiefer als in der Stellung befindet, wenn das Ventil 20 vollständig geöffnet ist, wie in 5 (a) und 5 (b) dargestellt, ist die Freilegungsöffnung 22b in der Trägerplatte 22 nicht hinter dem Turbinengehäuse 4 verborgen und befindet sich an einer Position, die von außerhalb des Turbinengehäuses 4 zugänglich ist. Infolgedessen ist der Vorgang zum Zusammenschweißen des Schaftes 21 und der Trägerplatte 22 leicht durchzuführen. Mit anderen Worten, wenn das Ventil 20 über den Bereich der Drehwinkel der Trägerplatte 22 um die Drehachse des Schaftes 21 (im Folgenden als Bereich von Drehwinkeln für die Betätigung) gedreht wird, der sich von der vollständig geschlossenen Stellung bis zu der vollständig geöffneten Stellung erstreckt, lassen sich der Schaft 21 und die Trägerplatte 22 leicht zusammenschweißen. Im Übrigen begrenzt ein Winkel innerhalb des Bereichs der Drehwinkel für die Betätigung das Öffnen des Ventils 20.
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Bei der Ausführungsform ist der Turbolader C mit einem Begrenzungsabschnitt 25 ausgestattet. Der Begrenzungsabschnitt 25 begrenzt die Drehung der Trägerplatte 22 und hält die Trägerplatte 22 in einem Winkel (im Folgenden als Haltewinkel bezeichnet), der die Schweißarbeit vereinfacht. Der Haltewinkel ist außerhalb des Bereichs der Drehwinkel für die Betätigung und auf einen Wert festgelegt, der sicherstellt, dass der Ventilkörper 23 die Ausstoßöffnung schließt (mit anderen Worten, der Ventilkörper 23 kommt mit der Sitzfläche in Kontakt), wenn sie die Verbindungslasche 24 an die Position dreht, in der das Ventil 20 vollständig geschlossen ist.
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Wie in 3 dargestellt, ist der Begrenzungsabschnitt 25 ausgebildet aus: einem vorstehenden Abschnitt 25a, der an der Trägerplatte 22 bereitgestellt wird; und einem vorspringenden Abschnitt 25b, der an dem Turbinengehäuse 4 bereitgestellt wird. Der vorstehende Abschnitt 25a wird an einem Abschnitt der Trägerplatte 22 bereitgestellt, in dem die Einsetzöffnung 22a und die Freilegungsöffnung 22b ausgebildet sind. Der vorstehende Abschnitt 25a wird durch Feinguss, Sinterung, Metallpulver-Spritzgießen oder dergleichen integral mit der Trägerplatte 22 ausgebildet. Konkret ausgedrückt, der vorstehende Abschnitt 25a wird integral mit der Kante des Öffnungsabschnitts der Einsetzöffnung 22a bereitgestellt und ist so ausgebildet, dass der vorstehende Abschnitt 25a in die Innenwand der Einleitungsöffnung 4f vorspringt. Wie in 3 dargestellt, kann der vorstehende Abschnitt 25a unterdessen entlang der Kante des Öffnungsabschnitts und in Form eines Bogens ausgebildet sein, der mit der Einsetzöffnung 22a konzentrisch ist. In diesem Fall ist die Entfernung zwischen dem vorstehenden Abschnitt 25a und der Innenwand der Einleitungsöffnung 4f trotz des Drehwinkels der Trägerplatte 22 konstant. Aus diesem Grund kann eine Beeinträchtigung zwischen dem vorstehenden Abschnitt 25a und der Innenwand der Einleitungsöffnung 4f bis zum Äußersten verhindert werden. Demgegenüber ist der vorspringende Abschnitt 25b so ausgebildet, dass er von der Innenwand der Einleitungsöffnung 4f in die Trägerplatte 22 vorspringt. Der vorspringende Abschnitt 25b weist einen Abschnitt (eine Stufe, eine Kontaktfläche) auf, der mit einem Teil des vorstehenden Abschnitts 25a in Kontakt kommt, wenn sich die Trägerplatte 22 in den Haltewinkel dreht. Mit anderen Worten, der Kontakt des vorstehenden Abschnitts 25a mit dem vorspringenden Abschnitt 25b begrenzt die Drehung der Trägerplatte 22 außerhalb des Bereichs der Drehwinkel für die Betätigung. Wenn die Trägerplatte 22 zum Beispiel eine Position erreicht, die in 5 dargestellt wird, kommen der vorstehende Abschnitt 25a und der vorspringende Abschnitt 25b miteinander in Kontakt, wie in 3 dargestellt. In diesem Zustand ist das Drehen der Trägerplatte 22 über den Haltewinkel in Richtung des Inneren der Einleitungsöffnung 4f begrenzt. Im Übrigen können die Kontaktflächen des vorstehenden Abschnitts 25a bzw. des vorspringenden Abschnitts 25b zum Beispiel durch spanende Bearbeitung in einer ebenen Form ausgebildet sein, damit ihre Kontaktflächen miteinander in Flächenkontakt kommen können. In diesem Fall kann die Trägerplatte 22 stabil positioniert werden. Des Weiteren kann die Kontaktfläche des vorstehenden Abschnitts 25a parallel zu der Flanschfläche 4a sein. In diesem Fall kann der vorstehende Abschnitt 25a leicht spanend bearbeitet werden, und Post-Prozess-Kontrollen (zum Beispiel Qualitätsprüfungen in Bezug auf den Gradienten und dergleichen) können leicht an der Kontaktfläche des vorstehenden Abschnitts 25a durchgeführt werden.
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In dem Zustand, in dem der Begrenzungsabschnitt 25 die Drehung der Trägerplatte 22 begrenzt, oder in dem Zustand, in dem der Begrenzungsabschnitt 25 die Trägerplatte 22 positioniert, wird die Freilegungsöffnung 22b an der Stelle gehalten, die von außen zugänglich ist. Aus diesem Grund können der Schaft 21 und die Trägerplatte 22 leicht zusammengeschweißt werden. Das das Schweißen der Trägerplatte 22 und des Schaftes 21 in der Stellung durchgeführt wird, in der das Ventil 20 geöffnet ist, wird ferner der Zwischenraum zwischen dem Ventilkörper 23 und der Innenwand der Einleitungsöffnung 4f erweitert. Aus diesem Grund ist es leicht, die Beeinträchtigung des Ventilkörpers 23 durch den Brenner eines Schweißgeräts zu vermeiden und dementsprechend die Schweißarbeit durchzuführen.
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Wie oben beschrieben, beinhaltet der Turbolader C der Ausführungsform den Begrenzungsabschnitt 25. Der Begrenzungsabschnitt 25 ermöglicht demzufolge, dass das Ventil 20 sicher und leicht gestellt wird, wenn das Ventil 20 geschweißt wird, selbst wenn die Sitzfläche nicht zum Stellen des Ventils 20 in seine vollständig geöffnete Stellung bei der Schweißarbeit verwendet werden kann. Zudem wird die Stellgenauigkeit verbessert, wenn das geschweißte Ventil 20 geöffnet und geschlossen wird. Da die Freilegungsöffnung 22b nicht hinter dem Turbinengehäuse 4 verborgen wird und während der Schweißarbeit ein ausreichender Arbeitsbereich sichergestellt werden kann, wird darüber hinaus die Bearbeitbarkeit verbessert.
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Die Freilegungsöffnung 22b ist so platziert, dass die Außenumfangsfläche des Schaftes 21 durch die Freilegungsöffnung 22b von außerhalb des Turbinengehäuses 4 zu sehen ist. Von demselben Blickwinkel aus betrachtet, ist der Bereich der Außenumfangsfläche des Schaftes 21, der von außerhalb des Turbinengehäuses 4 in dem Zustand zu sehen ist, in dem die Drehung der Trägerplatte 22 durch den Begrenzungsabschnitt 25 begrenzt ist, größer als der Bereich der Außenumfangsfläche des Schritts (Translator's note: The English word „step“ is very likely supposed to read „stem“ (= „Schaft“).) 21, der von außerhalb des Turbinengehäuses zu sehen ist, wenn sich das Ventil 20 in der vollständig geschlossenen Stellung befindet.
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Aus diesem Grund verbessert der Turbolader C der Ausführungsform die Sichtbarkeit des geschweißten Abschnitts und die Bearbeitbarkeit beim Schweißen in dem Zustand, in dem die Drehung der Trägerplatte 22 durch den Begrenzungsabschnitt 25 begrenzt wird, oder in dem Zustand, in dem die Trägerplatte 22 durch den Begrenzungsabschnitt 25 positioniert wird.
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Die vorhergehende Ausführungsform hat den Fall erläutert, in dem der Schaft 21 und die Trägerplatte 22 zusammengeschweißt werden, nachdem der Schaft 21 und die Verbindungslasche 24 zusammengeschweißt worden sind. Stattdessen können jedoch der Schaft 21 und die Verbindungslasche 24 zusammengeschweißt werden, nachdem der Schaft 21 und die Trägerplatte 22 zusammengeschweißt worden sind. Selbst in letzterem Fall wird, wenn das geschweißte Ventil 20 geöffnet und geschlossen wird, die Stellgenauigkeit verbessert durch: Schweißen des Schaftes 21 und der Trägerplatte 22, wobei die Trägerplatte 22 durch den Begrenzungsabschnitt 25 positioniert wird; und anschließend Schweißen der Verbindungslasche 24, deren Drehposition durch eine Haltevorrichtung begrenzt wird, an den Schaft 21.
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Des Weiteren ist bei der vorhergehenden Ausführungsform der Begrenzungsabschnitt 25 aus dem vorstehenden Abschnitt 25a und dem vorspringenden Abschnitt 25b ausgebildet. Stattdessen kann der Begrenzungsabschnitt 25 ausschließlich aus dem vorstehenden Abschnitt 25a ausgebildet sein, der an der Trägerplatte 22 bereitgestellt wird. In diesem Fall ist der vorstehende Abschnitt 25a so ausgebildet, dass sein Kontakt mit dem Turbinengehäuse 4 die Drehung der Trägerplatte 22 begrenzt. Ansonsten kann der Begrenzungsabschnitt 25 ausschließlich aus dem vorspringenden Abschnitt 25b ausgebildet sein, der an dem Turbinengehäuse 4 bereitgestellt wird. In diesem Fall ist der vorspringende Abschnitt 25b so ausgebildet, dass sein Kontakt mit der Trägerplatte 22 die Drehung der Trägerplatte 22 begrenzt.
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Selbst in dem Fall, in dem der Begrenzungsabschnitt ausschließlich aus dem vorstehenden Abschnitt 25a oder ausschließlich aus dem vorspringenden Abschnitt 25b ausgebildet ist, kann der Begrenzungsabschnitt im Schweißprozess das Stellen für das Ventil 20 durchführen. Dementsprechend können die Genauigkeit und die Bearbeitbarkeit im Schweißprozess verbessert werden.
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Darüber hinaus ist die Position der Platzierung des Begrenzungsabschnitts 25 nicht auf die in 3 dargestellte Position beschränkt. Beispielsweise kann der Begrenzungsabschnitt 25 so bereitgestellt werden, dass der Haltewinkel der Trägerplatte 22 auf den Bereich der Drehwinkel für die Betätigung beschränkt ist. In diesem Fall wird zumindest der vorspringende Abschnitt 25b lösbar an der Innenwand der Einleitungsöffnung 4f platziert und wird von der Innenwand der Einleitungsöffnung 4f entfernt, um die Beeinträchtigung des vorspringenden Abschnitts 25b bei der Drehung der Trägerplatte 22 zu vermeiden, nachdem der Schaft 21 und die Trägerplatte 22 zusammengeschweißt worden sind.
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Des Weiteren hat die vorhergehende Ausführungsform den Fall erläutert, in dem: der Turbolader C den Turbolader der Niederdruckstufe in dem mehrstufigen Turbolader bildet; und es sich bei dem Ventil 20, dem Objekt des Schweißprozesses mithilfe des Begrenzungsabschnitts 25, um das Ventil handelt, das so gestaltet ist, dass es die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, das in den Turbolader der Niederdruckstufe strömt, und die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases regelt, das in den Turbolader der Hochdruckstufe strömt. Stattdessen kann es sich jedoch bei dem Turbolader C um einen Twin-Scroll-Turbolader handeln, bei dem sein Ventil, das Objekt des Schweißprozesses mithilfe des Begrenzungsabschnitts 25, ein Ventil ist, das so gestaltet ist, dass es die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, das in einen Turbinenspiralkanal strömt, und die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases regelt, das in den anderen Turbinenspiralkanal strömt.
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Darüber hinaus hat die vorhergehende Ausführungsform den Fall erläutert, in dem der Turbolader C den Turbolader der Niederdruckstufe bei dem mehrstufigen Turbolader mit Reihenanordnung bildet, der den Turbolader der Niederdruckstufe und den Turbolader der Hochdruckstufe beinhaltet, die in Reihe mit dem Abgaskrümmer des Motors verbunden sind. Stattdessen kann der Turbolader C jedoch als Turbolader verwendet werden, die einen mehrstufigen Turbolader mit Parallelanordnung bilden. Der mehrstufige Turbolader mit Parallelanordnung beinhaltet mehrere Turbolader, die parallel mit dem Abgaskrümmer des Motors verbunden sind. Unabhängig davon, um welchen Typ des Turboladers es sich handelt, verbessert die oben beschriebene Gestaltung, die den Begrenzungsabschnitt 25 beinhaltet, die Bearbeitbarkeit in dem Schweißprozess selbst in einem Fall, in dem das Turbinengehäuse 4 ohne Sitzfläche bereitgestellt wird, mit dem der Ventilkörper des Ventils in Kontakt kommt.
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Die vorhergehenden Beschreibungen sind unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen für die bevorzugten Ausführungsformen bereitgestellt worden. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Es ist ersichtlich, dass Kenner der Technik zu verschiedenen Modifizierungen oder Korrekturen innerhalb der Kategorie gelangen können, die im Umfang der Ansprüche beschrieben wird. Es versteht sich, dass solche Modifizierungen und Korrekturen sämtlich zum technischen Umfang der vorliegenden Erfindung gehören.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung ist für Turbolader verwendbar, die das Ventil in dem Einlass des Turbinenspiralkanals aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- C
- Turbolader
- F
- Pfeil Vorderseite des Turboladers
- R
- Pfeil Rückseite des Turboladers
- 1
- Turboladerkörper
- 2
- Lagergehäuse
- 2a
- Lageröffnung
- 3
- Befestigungsbolzen zwischen Turbinengehäuse und Lagergehäuse
- 4
- Turbinengehäuse
- 4a
- Flanschfläche
- 4b
- Bolzenöffnungen
- 4c
- Flanschfläche
- 4d
- Durchgangsöffnung
- 4e
- Bolzenöffnungen
- 4f
- Einleitungsöffnung
- 4g
- Lager
- 5
- Befestigungsbolzen zwischen Verdichtergehäuse und Lagergehäuse
- 6
- Verdichtergehäuse
- 7
- Turbinenwelle
- 8
- Turbinenlaufrad
- 9
- Verdichterlaufrad
- 10
- Einlassöffnung
- 11
- Diffusorkanal
- 12
- Verdichterspiralkanal
- 13
- Ausstoßöffnung
- 14
- Kanal
- 15
- ringförmiger Turbinenspiralkanal
- 20
- Ventil
- 21
- Schaft
- 22
- Trägerplatte
- 22a
- Einsetzöffnung
- 22b
- Freilegungsöffnung
- 23
- Ventilkörper
- 24
- Verbindungslasche
- 24a
- Befestigungsöffnung
- 24b
- durchgehende Montageöffnung
- 25
- Begrenzungsabschnitt
- 25a
- vorstehender Abschnitt
- 25b
- vorspringender Abschnitt
