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QUERVERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und alle Vorteile der vorläufigen U.S.-Anmeldung Nr. 61/748,921, eingereicht am 4. Januar 2013, unter dem Titel ”Variable Schwenkmittelpunkt-VTG-Leitschaufeln und Leitschaufelbündelanordnung”.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf einen Variablen-Turbinengeometrie-Turbolader für einen Verbrennungsmotor. Im Besonderen bezieht sich diese Erfindung auf einen Variablen-Turbinengeometrie-Turbolader, der einstellbare Leitschaufeln mit einem variablen Schwenkmittelpunkt aufweist.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Ein Turbolader ist eine Art Zwangs-Ansaugsystem, das bei Verbrennungsmotoren zur Anwendung kommt. Turbolader führen einer Motoransaugöffnung komprimierte Luft zu, wodurch mehr Treibstoff verbrannt werden kann, und die Motorleistungsdichte somit erhöht wird, ohne das Motorgewicht erheblich zu erhöhen. Somit ermöglichen Turbolader die Anwendung kleinerer Motoren, die das gleiche Leistungsausmaß wie größere, normale Saugmotoren entwickeln. Die Anwendung eines kleineren Motors in einem Fahrzeug hat den gewünschten Effekt, dass die Fahrzeugmasse verringert, die Leistung erhöht und die Treibstoffeinsparung verstärkt wird. Überdies ermöglicht die Anwendung von Turboladern eine vollständigere Verbrennung des dem Motor zugeführten Treibstoffs, was zur äußerst wünschenswerten Zielsetzung verminderter Emissionen beiträgt.
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Turbolader umfassen eine Turbine mit einem Turbinengehäuse, das mit dem Abgaskrümmer des Motors verbunden ist, einen Kompressor mit einem Kompressorgehäuse, das mit dem Ansaugkrümmer des Motors verbunden ist und ein Lagergehäuse, das das Turbinen- und das Kompressorgehäuse miteinander verbindet. Die Turbine umfasst ein Turbinenrad, das im Inneren des Turbinengehäuses angeordnet ist, und der Kompressor umfasst ein Kompressor-Laufrad, das im Inneren des Kompressorgehäuses angeordnet ist. Das Turbinenrad wird drehbar durch einen vom Abgaskrümmer zugeführten Gasstrom angetrieben. Eine Welle wird drehbar im Lagergehäuse gelagert und koppelt das Turbinenrad mit dem Kompressor-Laufrad so, dass eine Rotation des Turbinenrades eine Rotation des Laufrades verursacht. Die Welle, die das Turbinenrad und das Kompressor-Laufrad verbindet, definiert eine Rotationsachse. Wenn sich das Kompressor-Laufrad dreht, komprimiert es Umgebungsluft, die in das Kompressor-Gehäuse eintritt, wodurch die Luftmassenströmungsrate, die Luftstromdichte und der Luftdruck, der den Motorzylindern über den Motoransaugkrümmer zugeführt wird, ansteigen.
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Zur Verbesserung des Wirkungsgrades, der Reaktionsfähigkeit oder des Betriebsbereichs von Turboladern ist es oft von Vorteil, den Abgasstrom zum Turbinenrad zu regulieren. Auf ein Verfahren zur Regulierung des Abgasstroms zum Turbinenrad wird üblicherweise durch verschiedene Namen Bezug genommen, umfassend variable Turbinengeometrie (VTG), Turbine mit variabler Geometrie (VGT), variable Düsenturbine (VNT) oder einfach variable Geometrie (VG). VTG-Turbolader umfassen eine Vielzahl an einstellbaren Leitschaufeln, die zentral innerhalb eines Radeinlasses gelagert sind, der zum Turbinenrad führt. Der Raum zwischen angrenzenden Leitschaufeln stellt Strömungskanäle für das Regulieren des Abgasstroms zum Turbinenrad her. Die Geometrie der Strömungskanäle ist durch ein Schwenken der Leitschaufeln innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von Winkelpositionen zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position einstellbar. In der offenen Position sind die Leitschaufeln in einer allgemein radial sich erstreckenden Position relativ zur Rotationsachse der Welle ausgerichtet, um den Abgasstrom durch den Radeinlass zum Turbinenrad zu ermöglichen. In der geschlossenen Position sind die Leitschaufeln in einer allgemein tangential sich erstreckenden Position relativ zur Rotationsachse der Welle ausgerichtet, um den Abgasstrom zum Turbinenrad zu blockieren.
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Um den dem Motor zugeführten Ladedruck zu steuern, werden die Leitschaufeln eingestellt, um die Strömungskanäle zwischen angrenzenden Leitschaufeln einzuengen oder zu öffnen. Ein Einengen der Strömungskanäle erhöht die Geschwindigkeit des Abgases, was eine Auswirkung auf das Turbinenrad hat, was bewirkt, dass sich das Turbinenrad schneller dreht. Ein Erhöhen der Turbinenradrotation wiederum erhöht die Kompressor-Laufrad-Rotation, und erhöht dadurch den dem Motor zugeführten Ladedruck. Umgekehrt senkt ein Öffnen der Strömungskanäle die Geschwindigkeit des Abgases, was eine Auswirkung auf das Turbinenrad hat, was bewirkt, dass sich das Turbinenrad langsamer dreht. Ein Senken der Turbinenradrotation senkt wiederum die Kompressor-Laufrad-Rotation, und senkt dadurch den dem Motor zugeführten Ladedruck. Die Leitschaufeln stellen auch ein Mittel zur Steuerung und Erzeugung eines Abgasgegendrucks in Motoren bereit, die eine Abgasrückführung (EGR) einsetzen, um Stickstoffoxid(NOx)-Emissionen zu steuern.
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Typischerweise drehen sich die Leitschaufeln zwischen den offenen und geschlossenen Positionen um einen fixierten Schwenkzapfen. Der Schwenkzapfen für jede Leitschaufel ist zwischen einer Vorderkante und einer Hinterkante der entsprechenden Leitschaufel positioniert. Befinden sich die Leitschaufeln in der offenen Position, ist es aerodynamisch vorteilhaft, den Schwenkzapfen in Richtung der Vorderkante positioniert zu haben. Das führt zu einer stabilen aerodynamischen Strömung des Abgases durch die Strömungskanäle und verhindert das Auftreten von destruktivem Leitschaufelflattern. Ist der Schwenkzapfen jedoch in Richtung der Vorderkante positioniert, wenn sich die Leitschaufeln in der geschlossenen Position befinden, dann erzeugt das Abgas eine Druck-Differenz vor und hinter dem Schwenkzapfen, die dazu neigt, die Leitschaufeln zu drücken, um sich in Richtung der offenen Position zu drehen. Von daher ist ein unerwünscht hoher Betätigungsaufwand erforderlich, die Leitschaufeln in der geschlossenen Position zu halten. Ist hingegen der Schwenkzapfen im Allgemeinen in der Mitte zwischen der Vorder- und der Hinterkante positioniert, wenn sich die Leitschaufeln in der geschlossenen Position befinden, dann ist die Druck-Differenz vor und hinter dem Schwenkzapfen im Allgemeinen ausgeglichen.
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Wünschenswert ist deshalb, einen Variablen-Turbinengeometrie-Turbolader bereitzustellen, der einstellbare Leitschaufeln mit einem Schwenkpunkt umfasst, der variiert, wenn die Leitschaufeln zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position schwenken. Es ist ferner wünschenswert, dass die Leitschaufeln um einen Schwenkzapfen schwenken, der in Richtung einer Vorderkante positioniert ist, wenn sich die Leitschaufeln in der offenen Position befinden, und der allgemein in der Mitte zwischen der Vorderkante und einer Hinterkante positioniert ist, wenn sich die Leitschaufeln in einer geschlossenen Position befinden.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Leitschaufelbündelanordnung für einen Variablen-Turbinengeometrie-Turbolader eine autarke Anordnung und kann abgesondert vom Turbolader zusammengesetzt und transportiert werden. Die Leitschaufelbündelanordnung umfasst eine Vielzahl an Leitschaufeln, die in einer Umfangrichtung voneinander beabstandet sind, und eine Vielzahl an Schwenkmittelpunkten. Jeder einzelne der Schwenkmittelpunkte entspricht einem der Leitschaufeln. Eine Position der Schwenkmittelpunkte relativ zu den Leitschaufeln verändert sich, wenn eine Winkelposition der Leitschaufeln eingestellt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Leitschaufelbündelanordnung für einen Variablen-Turbinengeometrie-Turbolader einen unteren Leitschaufelring und einen oberen Leitschaufelring, der vom unteren Leitschaufelring in einer axialen Richtung beabstandet ist. Eine Vielzahl an Leitschaufeln ist in einer Umfangrichtung voneinander beabstandet montiert, und ist in der axialen Richtung zwischen dem unteren und dem oberen Leitschaufelring angeordnet. Jeder einzelne einer Vielzahl an Schwenkmittelpunkten entspricht einer der Leitschaufeln. Ein Stellring ist mit den Leitschaufeln wirkgekoppelt, um eine Winkelposition der Leitschaufeln in Reaktion auf eine Rotation des Stellrings zu variieren. Ein an den Stellring angrenzender Befestigungsring ist mit dem unteren Leitschaufelring gekoppelt, um die Leitschaufelbündelanordnung zusammenzuhalten. Eine Position der Schwenkmittelpunkte verändert sich relativ zu den Leitschaufeln, wenn die Winkelposition der Leitschaufeln in Reaktion auf eine Rotation des Stellrings eingestellt ist.
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Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Leitschaufelbündelanordnung für einen Variablen-Turbinengeometrie-Turbolader einen unteren Leitschaufelring und einen oberen Leitschaufelring, der vom unteren Leitschaufelring in einer axialen Richtung beabstandet angeordnet ist. Eine Vielzahl an Leitschaufeln ist in einer Umfangrichtung zwischen dem unteren und oberen Ring beabstandet angeordnet. Jede der Leitschaufeln umfasst einen Längsschlitz, der sich in der axialen Richtung dahindurch erstreckt. Eine Vielzahl an Leitschaufelbolzen ist am unteren Leitschaufelring starr festgelegt. Jeder der Leitschaufelbolzen erstreckt sich in der axialen Richtung durch den Längsschlitz in einer der Leitschaufeln hindurch. Ein Stellring ist mit den Leitschaufeln wirkgekoppelt, um eine Winkelposition der Leitschaufeln in Reaktion auf eine Rotation des Stellrings zu variieren. Ein an den Stellring angrenzender Befestigungsring ist mit dem unteren Leitschaufelring gekoppelt, um die Leitschaufelbündelanordnung zusammenzuhalten. Eine Rotation des Stellrings in eine entgegengesetzte erste und zweite Richtung führt zu einer Dreh- und Gleitbewegung der Leitschaufeln relativ zu den Leitschaufelbolzen zwischen offener und geschlossener Position.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bereitwillig geschätzt werden, da diese durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen in Betracht gezogen wird, worin:
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1 eine Querschnittsansicht eines Turbinengehäuses mit einer Leitschaufelbündelanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
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2 eine perspektivische Ansicht einer Leitschaufel ist;
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3 eine perspektivische Ansicht eines Leitschaufelbolzens ist;
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4 eine perspektivische Ansicht einer teilweise zusammengestellten Leitschaufelbündelanordnung ist, die einen unteren Leitschaufelring, eine Vielzahl an Leitschaufelbolzen und eine Vielzahl an Leitschaufeln veranschaulicht;
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5 eine perspektivische Ansicht einer teilweise zusammengestellten Leitschaufelbündelanordnung ist, die den unteren Leitschaufelring, die Vielzahl an Leitschaufelbolzen, die Vielzahl an Leitschaufeln und einen oberen Leitschaufelring veranschaulicht;
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6 eine perspektivische Ansicht einer teilweise zusammengestellten Leitschaufelbündelanordnung ist, die den unteren Leitschaufelring, die Vielzahl an Leitschaufelbolzen, die Vielzahl an Leitschaufeln, den oberen Leitschaufelring und einen Stellring veranschaulicht;
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7 eine perspektivische Ansicht einer teilweise zusammengestellten Leitschaufelbündelanordnung ist, die den unteren Leitschaufelring, die Vielzahl an Leitschaufelbolzen, die Vielzahl an Leitschaufeln, den oberen Leitschaufelring, den Stellring und einen Befestigungsring veranschaulicht;
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8 eine perspektivische Ansicht einer teilweise zusammengestellten Leitschaufelbündelanordnung ist, die den unteren Leitschaufelring, die Vielzahl an Leitschaufelbolzen, die Vielzahl an Leitschaufeln, den oberen Leitschaufelring, den Stellring und den im Inneren des Turbinengehäuses angeordneten Befestigungsring veranschaulicht;
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9 eine perspektivische Ansicht des Turbinengehäuses mit einem Abdeckring ist, um die Leitschaufelbündelanordnung darin zu halten;
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10 eine teilweise perspektivische Ansicht der Leitschaufelbündelanordnung ist, die die Leitschaufeln in einer offenen Position mit dem oberen Leitschaufelring und dem aus Gründen der Übersichtlichkeit entfernten Befestigungsring veranschaulicht; und
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11 eine teilweise perspektivische Ansicht der Leitschaufelbündelanordnung ist, die die Leitschaufeln in einer geschlossenen Position mit dem oberen Leitschaufelring und dem aus Gründen der Übersichtlichkeit entfernten Befestigungsring veranschaulicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Wie dem Stand der Technik gemäß wohlbekannt ist, umfasst ein Turbolader eine Turbine mit einem Turbinengehäuse 10, das mit einem Motorabgaskrümmer verbunden ist, wobei ein Kompressor ein Kompressorgehäuse aufweist, das mit einem Motoransaugkrümmer verbunden ist, und ein Lagergehäuse das Turbinengehäuse 10 und das Kompressorgehäuse miteinander verbindet. Ein Turbinenrad ist im Inneren des Turbinengehäuses 10 angeordnet, und ein Kompressor-Laufrad ist im Inneren des Kompressorgehäuses angeordnet. Das Turbinenrad ist drehbar durch ein vom Abgaskrümmer zugeführtes Abgas angetrieben. Eine Welle ist drehbar im Lagergehäuse gestützt und koppelt das Turbinenrad mit dem Kompressor-Laufrad so, dass die Rotation des Turbinenrades zur Rotation des Kompressor-Laufrades führt. Die Welle, die das Turbinenrad und das Kompressor-Laufrad verbindet, definiert eine Turbinenrotationsachse R1, die sich in einer axialen Richtung erstreckt. Wenn sich das Kompressor-Laufrad dreht, komprimiert es die in das Kompressorgehäuse eintretende Umgebungsluft, die dann den Motorzylindern über den Ansaugkrümmer zugeführt wird.
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Um die Ausführung und den Wirkungsgrad eines Turboladers zu maximieren, ist es üblich, das zum Turbinenrad strömende Abgas unter Anwendung der variablen Turbinengeometrie (VTG) zu steuern und zu regulieren. Eine im Allgemeinen bei 14 gezeigte Leitschaufelbündelanordnung ist im Inneren des Turbinengehäuses 10 angeordnet, um das zum Turbinenrad strömende Abgas zu regulieren. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Leitschaufelbündelanordnung 14 eine autarke Anordnung und kann abgesondert vom Turbolader zusammengesetzt und transportiert werden.
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Die Leitschaufelbündelanordnung 14 umfasst eine Vielzahl an Leitschaufeln 16, von denen eine in 2 dargestellt ist. Die Leitschaufeln 16 sind um die Turbinenrotationsache R1 umlaufend angeordnet und im Inneren eines Radeinlasses 12 angeordnet, der zum Turbinenrad führt. Strömungskanäle sind zwischen den Leitschaufeln 16 definiert, durch die das Abgas zum Turbinenrad fließt. Durch das Variieren einer Winkelposition der Leitschaufeln 16 wird ein Querschnitt der Strömungskanäle eingestellt. Jede Leitschaufel 16 weist eine allgemeine Tragflügelform auf und erstreckt sich zwischen einer Vorderkante 18 und einer Hinterkante 20. Eine gerade Linie, die die Vorderkante 18 mit der Hinterkante 20 verbindet, definiert eine Flügeltiefe C der Leitschaufel 16. Ein Betätigungszapfen 22 erstreckt sich in der axialen Richtung von einer ersten ebenen Oberfläche 24 jeder Leitschaufel 16, die an die Vorderkante 18 davon grenzt. Ein innerer Schlitz 26 erstreckt sich durch jede Leitschaufel 16 hindurch in die axiale Richtung von der ersten ebenen Oberfläche 24 zu einer zweiten ebenen Oberfläche 28 davon. Der innere Schlitz 26 ist langgezogen in einer Richtung der Vorder- und Hinterkante 18, 20 zwischen einem vorderen Ende 30 und einem hinteren Ende 32. In der dargestellten Ausführungsform ist der innere Schlitz 26 im Wesentlichen linear zwischen dem vorderen und hinteren Ende 30, 32. Es wird jedoch in Erwägung gezogen, dass der innere Schlitz 26 zwischen dem vorderen und hinteren Ende 30, 32 gekrümmt sein kann, um eine Leitschaufel mit einem gekrümmten Profil aufzunehmen.
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Die Leitschaufeln 16 sind in einer Umfangsrichtung beabstandet voneinander angeordnet und sind zwischen einem unteren Leitschaufelring 34 und einem oberen Leitschaufelring 36 bewegbar gelagert. Die Leitschaufeln 16 sind so ausgerichtet, dass die zweite ebene Oberfläche 28 jeder Leitschaufel 16 an den unteren Leitschaufelring 34 grenzt, und die erste ebene Oberfläche 24 jeder Leitschaufel 16 an den oberen Leitschaufelring 36 grenzt. Jede Leitschaufel 16 ist auf einem Leitschaufelbolzen 38 bewegbar gelagert, der sich in der axialen Richtung erstreckt. Jeder Leitschaufelbolzen 38 erstreckt sich in der axialen Richtung, wie in 3 dargestellt, zwischen einem ersten Gewindeende 40 und einem zweiten Gewindeende 42. Der untere Leitschaufelring 34 umfasst eine Vielzahl an (nicht dargestellten) Gewindebohrungen, die in der Umfangrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Das erste Gewindeende 40 jedes Leiterschaufelbolzens 38 ist in ein entsprechendes der Gewindebohrungen so hineingeschraubt, dass die Leitschaufelbolzen 38 fest mit dem unteren Leitschaufelring 34 verbunden sind.
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Zwischen dem ersten und zweiten Gewindeende 40, 42 umfasst jeder Leitschaufelbolzen 38 einen Leitschaufelabschnitt 44 und einen Einstell-Abschnitt 46. Der Leitschaufelabschnitt 44 grenzt an das erste Gewindeende 40, und der Einstell-Abschnitt 46 grenzt an das zweite Gewindeende 42 und den Leitschaufelabschnitt 44. Der Leitschaufelabschnitt 44 hat einen ersten äußeren Durchmesser, und der Einstell-Abschnitt 46 hat einen zweiten äußeren Durchmesser. Der erste äußere Durchmesser des Leitschaufelabschnitts 44 ist größer als der zweite äußere Durchmesser des Einstell-Abschnitts 46, sodass eine Schulter 48 zwischen dem Leitschaufelabschnitt 44 und dem Einstell-Abschnitt 46 definiert ist.
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Mit Bezugnahme auf 4 erstreckt sich jeder Leitschaufelbolzen 38 durch den inneren Schlitz 26 in einer der Leitschaufeln 16 so, dass der erste äußere Durchmesser des Leitschaufelabschnitts 44 in innere Wände des inneren Schlitzes 26 eingreift. In einer alternativen Ausführungsform wird in Erwägung gezogen, dass ein rechteckiger Block auf den Leitschaufelabschnitt 44 von jedem Leitschaufelbolzen 38 angeordnet werden kann. Der rechteckige Block schwenkt relativ zum Leitschaufelbolzen 38, und entgegengesetzte Flächen des rechteckigen Blocks greifen in die inneren Wände des inneren Schlitzes 26 ein. Die rechteckigen Blöcke vergrößern die Kontaktfläche zwischen den Leitschaufelbolzen 38 und den inneren Wänden des inneren Schlitzes 26, wodurch ein Verschleiß herabgesetzt und die Lebensdauer erhöht wird.
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Der obere Leitschaufelring 36 umfasst eine Vielzahl an (nicht dargestellten) Bohrungen, die in der Umfangrichtung beabstandet angeordnet sind. Der obere Leitschaufelring 36 ist so über die Leitschaufelbolzen 38 gepasst, dass die Leitschaufelbolzen 38 sich durch die Vielzahl an Bohrungen erstrecken, wie in 5 dargestellt ist. Genauer gesagt, der Einstell-Abschnitt 46 von jedem Leitschaufelbolzen 38 erstreckt sich durch eine entsprechende der Bohrungen im oberen Leitschaufelring 36 hindurch. Eine erste Seite 52 des oberen Leitschaufelrings 36 liegt der ersten ebenen Oberfläche 24 der Leitschaufeln 16 gegenüber und grenzt an die Schulter 48 von jedem Leitschaufelbolzen 38, um den oberen Leitschaufelring 36 in die axiale Richtung relativ zum unteren Leitschaufelring 34 zu positionieren. Als solche steuern die Leitschaufelbolzen 38 den Abstand zwischen dem unteren und oberen Leitschaufelring 34, 36, um angemessenen Spielraum für die Leitschaufeln 16 bereitzustellen.
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Ein Stellring 54 wird für das Variieren der Winkelposition der Leitschaufeln 16 zwischen einer offenen Position, wie in 10 dargestellt, und einer geschlossenen Position, wie in 11 dargestellt, bereitgestellt. In der offenen Position sind die Leitschaufeln 16 allgemein radial relativ zur Turbinenrotationsachse R1 positioniert, wodurch ein Strömen des Abgases durch den Radeinlass 12 zum Turbinenrad ermöglicht wird. In der geschlossenen Position sind die Leitschaufeln 16 allgemein tangential relativ zur Turbinenrotationsachse R1 positioniert, wodurch ein Strömen des Abgases durch den Radeinlass 12 zum Turbinenrad blockiert wird. Die Leitschaufeln 16 sind durch einen Winkelpositionsbereich zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position einstellbar, je nach dem gewünschten Strömen des Abgases zum Turbinenrad. Eine Drehbewegung des Stellrings 54 um die Turbinenrotationsachse R1 in eine erste Richtung (im Uhrzeigersinn bei Betrachtung von den Figuren aus) führt zu einer Bewegung der Leitschaufeln 16 in Richtung der offenen Position. Eine Rotationsbewegung des Stellrings 54 um die Turbinenrotationsachse R1 in eine zweite Richtung hingegen (gegen den Uhrzeigersinn bei Betrachtung von den Figuren aus) führt zu einer Bewegung der Leitschaufeln 16 in Richtung der geschlossenen Position.
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Mit Bezugnahme auf 6 ist der Stellring 54 angrenzend an die zweite Seite 56 des oberen Leitschaufelrings 36 positioniert und umfasst eine Vielzahl an Bohrungen 58, die in der Umfangrichtung beabstandet angeordnet sind. Der Betätigungszapfen 22 jeder Leitschaufel 16 grenzt an einen äußeren Kreisumfang 60 des oberen Leitschaufelrings 36 und erstreckt sich in der axialen Richtung über die zweite Seite 56 des oberen Leitschaufelrings 36 hinaus. Der Betätigungszapfen 22 jeder Leitschaufel 16 ist in einer entsprechenden der Bohrungen 58 im Stellring 54 aufgenommen. Mit Bezugnahme auf eine Querschnittsansicht des Stellrings 54, wie in 1 dargestellt ist, umfasst der Stellring 54 eine Lippe 61, die sich in der axialen Richtung, angrenzend an den äußeren Kreisumfang 60 des oberen Leitschaufelrings 36 erstreckt. Es wird davon ausgegangen, dass die Lippe 61 einen Abschnitt einer Wand für den Radeinlass 12 definiert. Ein innerer Kreisumfang 62 des Stellrings 54 umfasst eine Vielzahl an Vertiefungen 64, die in der Umfangrichtung beabstandet angeordnet sind. Eine Buchse 66 ist auf jedem Leitschaufelbolzen 38 angeordnet. Die Buchse 66 umgibt den Einstell-Abschnitt 46 des Leitschaufelbolzens 38 und greift in den Stellring 54 innerhalb der entsprechenden Vertiefung 64 ein. Als solche ist jede Buchse 66 zumindest teilweise in einer entsprechenden der Vertiefungen 64 angeordnet. Die Vertiefungen 64 erstrecken sich in der Umfangrichtung zwischen einem ersten Ende 68 und einem zweiten Ende 70.
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Mit Bezugnahme auf die 7 und 8 ist ein zweiter oberer Leitschaufelring 72 angrenzend an den Stellring 54 positioniert und wird durch eine Vielzahl an Schraubenmuttern 74 festgehalten, um die zuvor beschriebenen Komponenten der Leitschaufelbündelanordnung 14 zusammenzuhalten. Der Befestigungsring 72 umfasst eine Vielzahl an (nicht dargestellten) Bohrungen, die in der Umfangrichtung beabstandet angeordnet sind. Der Befestigungsring 72 ist über den Leitschaufelbolzen 38 so angepasst, dass sich die Leitschaufelbolzen 38 durch die Vielzahl an Bohrungen hindurch erstrecken. Genauer gesagt, das zweite Gewindeende 42 von jedem Leitschaufelbolzen 38 erstreckt sich durch eine entsprechende der Bohrungen im Befestigungsring 72 hindurch, und die Schraubenmuttern 74 sind auf dem zweiten Gewindeende 42 aufgeschraubt. Eine erste Fläche 78 jeder Buchse 66 berührt die zweite Seite 56 des oberen Leitschaufelrings 36 und eine zweite Fläche 80 jeder Buchse 66 berührt den Befestigungsring 72, um den Befestigungsring 72 in der axialen Richtung relativ zum oberen Leitschaufelring 36 zu positionieren. Als solche steuern die Buchsen 66 den Abstand zwischen dem oberen Leitschaufelring 36 und dem Befestigungsring 72, um angemessenen Spielraum für eine Drehbewegung des Stellrings 54 bereitzustellen.
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Ein Abdeckring 82 ist starr am Turbinengehäuse 10 durch eine Vielzahl an Bolzen 84 festgemacht, um, wie in den 1 und 9 dargestellt ist, die Leitschaufelbündelanordnung 14 im Inneren des Turbinengehäuses 10 zu halten.
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Um die Winkelposition der Leitschaufeln 16 einzustellen, wird eine (nicht dargestellte) Betätigungsvorrichtung bereitgestellt. Die Betätigungsvorrichtung ist mit einer Aktuator-Drehwelle 86 wirkgekoppelt, die sich durch den Abdeckring 82 hindurch erstreckt, und durch eine Drehwellenbuchse 88 gelagert ist. Die Aktuator-Drehwelle 86 ist wiederum mit einem Aktuator-Block 90 wirkgekoppelt, der starr an den Stellring 54 mit einem Bolzen 92 festgelegt ist. Der Bolzen 92 erstreckt sich durch den Aktuator-Block 90 hindurch und ist in eine Gewindebohrung 94 im Stellring 54 hineingeschraubt. Eine Betätigungsbewegung der Betätigungsvorrichtung wird dadurch in eine Drehbewegung des Stellrings 54 umgewandelt.
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Erstens können die Leitschaufeln 16 in einer Zwischen- oder Null-Grad-Position positioniert sein, worin die Leitschaufeln 16 allgemein zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position positioniert sind. In der Null-Grad-Position ist jeder Leitschaufelbolzen 38 allgemein in der Mitte zwischen dem vorderen und hinteren Ende 30, 32 des inneren Schlitzes 26 in der entsprechenden Leitschaufel 16, und allgemein in der Mitte zwischen dem ersten und zweiten Ende 68, 70 der entsprechenden Vertiefung 64 im Stellring 54 angeordnet.
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Um die Leitschaufeln 16 in die offene Position einzustellen, bringt die Betätigungsvorrichtung den Stellring 54 dazu, sich um die Turbinenrotationsachse R1 in die erste Richtung (im Uhrzeigersinn bei Betrachtung von den Figuren aus) zu drehen. Wenn sich der Stellring 54 in die erste Richtung dreht, drückt der Stellring 54 den Betätigungszapfen 22 auf jede Leitschaufel 16, was die Leitschaufeln 16 veranlasst, sich zu drehen und relativ zu den Leitschaufelbolzen 38 zu gleiten, bis das erste Ende 68 der Vertiefungen 64 an die Buchsen 66 auf den Leitschaufelbolzen 38 anstößt. Sobald das erste Ende 68 der Vertiefungen 64 an die Buchse 66 auf den Leitschaufelbolzen 38 anstößt, wodurch die offene Position der Leitschaufeln 16 definiert ist, wird in Erwägung gezogen, dass ein kleiner Spielraum zwischen den Leitschaufelbolzen 38 und dem vorderen Ende 30 der inneren Schlitze 26 vorhanden sein kann. Der Spielraum wird bereitgestellt, um einen möglichen Aufbau von Abgasablagerungen in den inneren Schlitzen 26 zu ermöglichen, während den Leitschaufeln 16 gleichzeitig volle Bewegungsmöglichkeit zugestanden wird. Alternativ dazu kann eine volle Bewegungsmöglichkeit der Leitschaufeln 16 in die offene Position den Leitschaufelbolzen 38 entsprechen, wobei an das vordere Ende 30 der inneren Schlitze 26 angestoßen wird, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Die Leitschaufelbolzen 38 agieren als Schwenkmittelpunkte der Leitschaufeln 16. Mit den Leitschaufelbolzen 38 am oder in der Nähe des vorderen Endes 30 der inneren Schlitze 26 sind die Leitschaufelbolzen 38 bei ungefähr fünfundzwanzig Prozent der Flügeltiefe C der Leitschaufeln 16 angeordnet, wie von der vorderen Kante 18 gemessen wird. Diese Position der Leitschaufelbolzen 38 ist der Stabilität der Leitschaufeln 16 in der offenen Position wegen zu bevorzugen, wenn das Abgas durch den Radeinlass 12 strömt.
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Um die Leitschaufeln 16 in die geschlossene Position einzustellen, bringt die Betätigungsvorrichtung den Stellring 54 dazu, sich um die Turbinenrotationsachse R1 in die zweite Richtung (gegen den Uhrzeigersinn bei Betrachtung von den Figuren aus) zu drehen.
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Wenn sich der Stellring 54 in die zweite Richtung dreht, zieht der Stellring 54 den Betätigungszapfen 22 auf jeder Leitschaufel 16, was die Leitschaufeln 16 zum Drehen und Gleiten relativ zu den Leitschaufelbolzen 38 bringt, bis ein Leitschaufel-Leitschaufel-Kontakt auftritt, wodurch die geschlossene Position der Leitschaufeln 16 definiert wird. Befinden sich die Leitschaufeln 16 in der geschlossenen Position, wird in Erwägung gezogen, dass ein kleiner Spielraum zwischen den Leitschaufelbolzen 38 und dem hinteren Ende 32 der inneren Schlitze 26 vorhanden sein kann. Der Spielraum wird bereitgestellt, um einen möglichen Aufbau an Abgasablagerungen in den inneren Schlitzen 26 zu ermöglichen, während gleichzeitig den Leitschaufeln 16 volle Bewegungsmöglichkeit zugestanden wird. Alternativ dazu kann die volle Bewegungsmöglichkeit der Leitschaufeln 16 in die geschlossene Position den Leitschaufelbolzen 38 entsprechen, die an das hintere Ende 32 der inneren Schlitze 26 oder die Buchse 66 auf den Leitschaufelbolzen 38 anstoßen, die an das zweite Ende 70 der Vertiefungen 64 anstoßen, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Die Leitschaufelbolzen 38 agieren als Schwenkmittelpunkte der Leitschaufeln 16. Mit den Leitschaufelbolzen 38 am oder in der Nähe des hinteren Endes 32 der inneren Schlitze 26 sind die Leitschaufelbolzen 38 bei ungefähr fünfzig Prozent der Flügeltiefe C der Leitschaufeln 16 angeordnet, wie von der vorderen Kante 18 gemessen wird. Diese Position der Leitschaufelbolzen 38 gleicht allgemein den Druck aus dem Abgas aus, der auf die Leitschaufeln 16 vor und hinter dem Drehpunkt einwirkt. Es wird in Erwägung gezogen, dass ein Ausbalancieren des Abgasdrucks vor und hinter dem Drehpunkt denjenigen Aufwand minimieren wird, der zur Aufrechterhaltung der Leitschaufeln 16 in der geschlossenen Position erforderlich ist.
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Die Erfindung ist hierin in einer veranschaulichenden Art und Weise beschrieben worden, und es wird darauf hingewiesen, dass die verwendete Terminologie eher beschreibender als einschränkender Natur sein soll. Viele Abänderungen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind angesichts obiger Lehren möglich. Es wird daher darauf hingewiesen, dass innerhalb des Schutzumfangs der angefügten Ansprüche die Erfindung auch anders in die Praxis umgesetzt werden kann, als in der Beschreibung spezifisch aufgelistet ist.
