DE19717559A1 - Turbolader - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader, insbesondere auf einen Turbolader, welcher eine Rotationsgeschwindigkeit eines Turbinenrotors verändern kann.

Ein herkömmlicher Turbolader von dieser Art ist z. B. in dem japanischen Patent 8(1996)-7061 offenbart. Dieser Turbolader beinhaltet einen Turbinenrotor, ein Turbinengehäuse, ein Vielzahl von Düsenleitschaufeln und einen Verbindungs­ mechanismus. Der Turbinenrotor ist mit einer Welle verbunden und hat eine Vielzahl von Turbinenflügeln. Der Turbinenrotor wird durch Abgase gedreht und ist in dem Turbinengehäuse angeordnet. Das Turbinengehäuse ist mit einer Verwicklungsinnenwand ausgestattet, welche einen Spiralbereich für Abgase bil­ det. Die Düsenleitschaufeln werden in dem Spiralbereich plaziert und durch das Turbinengehäuse getragen. Der Verbindungsmechanismus steuert den Winkel der Düsenleitschaufeln, um so die Flußrichtung der Abgase zu dem Turbinenro­ tor zu verändern. Deshalb kann die Rotationsgeschwindigkeit des Turbinenro­ tors verändert werden. Die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors ist langsam, wenn der Winkel der Düsenleitschaufeln groß ist, so daß die Flußgeschwindigkeit der Abgase in Richtung auf das Zentrum der Welle stattfindet. Die Rotationsge­ schwindigkeit des Turbinenrotors ist hoch, wenn der Winkel der Düsenleitschau­ feln gering ist, so daß die Fließrichtung der Abgase in Richtung einer Tangen­ tenlinie auf den Turbinenrotor stattfindet.

In dem oben beschriebenen Turbolader verändert der Verbindungsmechanismus die Winkel der Düsenleitschaufeln gleichzeitig. Jedoch ist die Temperatur in dem Spiralbereich größer als 1000°C. Deshalb muß der Verbindungsmechanismus aus hitzebeständigem Material hergestellt werden. Weiterhin beinhalten die Abgase eine Menge an Kohlenstoffverbindungen. Die Kohlenstoffverbindung beeinflußt die Funktion des Verbindungsmechanismusses. Deshalb muß der Verbindungs­ mechanismus sehr zuverlässig sein.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Turbolader zu lie­ fern, welcher den oben aufgezählten Nachteilen zuvorkommt.

Entsprechend der Erfindung hat ein Turbolader eine Welle, einen Turbinenro­ tor, der mit einem Ende der Welle verbunden ist und einen Kompressorrotor, der mit dem anderen Ende der Welle verbunden ist. Ein Turbinengehäuse, in wel­ chem der Turbinenrotor, der durch die Abgase gedreht wird, angeordnet ist, ist mit einer Verwicklungsinnenwand ausgestattet, welche einen Spiralbereich für Abgase bildet. Der Kompressorrotor ist in einem Kompressorgehäuse angeord­ net. Eine Trennwand trennt den Spiralbereich in einen Innenspiralbereich und einen Außenspiralbereich. Ein Turbolader hat eine Veränderungseinrichtung zum Verändern einer Fließrichtung der Abgase in den Innenspiralbereich von dem Außenspiralbereich.

Zusätzliche Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillier­ ten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen offensichtlicher werden, wenn diese im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wer­ den, in welchen:

Fig. 1 eine Schnittansicht der ersten Ausführungsform eines Turbola­ ders entsprechend der Erfindung ist;

Fig. 2 eine Schnittansicht ist, die entlang der Linie A-A in Fig. 1 ent­ sprechend der Erfindung verläuft;

Fig. 3 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Turbo­ laders entsprechend der Erfindung ist; und

Fig. 4 und 5 Schnittansichten der dritten Ausführungsform eines Turboladers entsprechend der Erfindung sind.

Ein Turbolader entsprechend der bevorzugten Ausführungsformen der Erfin­ dung wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.

Fig. 1 und 2 zeigen die erste Ausführungsform der Erfindung. Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein Kompressorgehäuse 10, welches aus Gußeisen hergestellt ist, mit einem Kompressoreingangsanschluß 12 und einem Kompressorentladeanschluß 14 aus­ gestattet. Ein Diffuser 20 ist mit dem Kompressorgehäuse 10 durch einen Bolzen 22 verbunden, um eine ringförmige Spirale 16 zu bilden. Die ringförmige Spirale 16 verbindet den Kompressoreingangsanschluß 12 und den Kompressorentlade­ anschluß 14. Das kleine Querschnittgebiet der ringförmigen Spirale 16 ist nahe dem Kompressoreingangsanschluß 12 plaziert. Das Querschnittsgebiet der ring­ förmigen Spirale 16 wird größer, wenn die Spirale 16 sich dem Kompressorentla­ deanschluß 14 nähert, so daß das große Querschnittsgebiet der ringförmigen Spi­ rale 18 nahe dem Kompressorentladeanschluß 14 plaziert ist.

Ein Lagergehäuse 30 ist mit dem Kompressorgehäuse 10 verbunden und hat ei­ nen Öleingangsanschluß 32. Der Öleingangsanschluß 32 ist mit drei Öldurchläu­ fen 36, 38 und 40 über einen Öldurchlauf 34 verbunden. Deshalb wird das Öl an den Eingangsanschluß 32 von einer Ölpumpe (nicht gezeigt) geliefert und wei­ terhin an eine Welle 50 und fünf Lager 42, 43, 44, 45 und 46 durch die Öldurch­ läufe 34, 36, 38 und 40 geliefert. Die Lager 42, 43, 44, 45 und 46 sind durch die Welle 50 gelagert. Auf der anderen Seite hat das Lagergehäuse 30 einen Ölentla­ deanschluß 54, welcher mit den Lagern 42, 43, 44, 45 und 46 über einen Raum 52 verbunden ist. Ein Durchlauf für Kühlwasser ist angeordnet.

Ein Turbinengehäuse 60, welches mit dem Lagergehäuse 30 verbunden ist, bein­ haltet einen Eingangsanschluß 62 und einen Ausgangsanschluß 64 für Abgase. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist eine Verwicklungsinnenwand 61 mit dem Turbinenge­ häuse 60 ausgestattet. Die Verwicklungsinnenwand 61 bildet einen Spiralzwi­ schenraum, welcher durch zwei Spiralbereiche 66 und 68 und eine Verwick­ lungstrennwand 67 definiert wird. Die Verwicklungstrennwand 67 beinhaltet eine erste Oberfläche 67a und eine zweite Oberfläche 67b und verbindet das Spi­ ralbereich 66 mit dem Spiralbereich 68. Die erste Oberfläche 67a ist in einem ge­ ringen Winkel zu der Rotationsrichtung eines Turbinenrotors 80 plaziert. Die zweite Oberfläche 67b ist in einem großen Winkel zu der Rotationsrichtung des Turbinenrotors 80 angeordnet. Ein Verbindungsteil 69 ist zwischen der ersten Oberfläche 67a und der zweiten Oberfläche 67b angeordnet.

Ein Veränderungsventil 90 ist nahe dem Eingangsanschluß 62 angeordnet. Das Veränderungsventil 90 beinhaltet eine Leitschaufel 92 und eine Welle 94. Die Welle 94 ist mit der Leitschaufel 92 verbunden und wird durch die Verwick­ lungstrennwand 67 getragen, so daß die Leitschaufel 92 von der Position der Leitschaufel 92 zu der Position, die durch die unterbrochene Linie 96 in Fig. 2 angezeigt wird, drehen kann. Die Leitschaufel 92 schließt einen der Spiralberei­ che 66 oder 68.

Wie in Fig. 1 gezeigt, hat jedes Ende der Welle 50 einen Bolzen 74. Ein Ende der Welle 50 ist an der Seite des Kompressorgehäuses 10 mit einem Kompressorrotor 70 über eine Schraube 74 verbunden. Das andere Ende der Welle 50 ist mit dem Turbinenrotor 80 verbunden. Wenn der Turbinenrotor 80 rotiert, rotiert der Kompressorrotor 70 ebenfalls. Der Kompressorrotor 70 hat eine Vielzahl von Kompressorrippen 72, und der Turbinenrotor 80 hat eine Vielzahl von Turbi­ nenrippen 82. Beide Rippen 72 und 82 erstrecken sich in die Radiusrichtung der Welle 50.

Entsprechend dem oben beschriebenen Turbolader kommen Abgase in das Tur­ binengehäuse 60 über den Eingangsanschluß 62 und bringen den Turbinenrotor 80 zum rotieren. Die Abgase entladen von dem Turbinengehäuse 60 durch den Ausgangsanschluß 64. Der Turbinenrotor 80 dreht den Kompressorrotor 70. Der Kompressorrotor 70 mit den Kompressorrippen 72 komprimiert Ansauggas (Luft) durch den Kompressoreingangsanschluß 12 und entlädt das Ansauggas in einen Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) durch den Kompressorentladeanschluß 14.

Wenn der Verbrennungsmotor in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich läuft, ist der Betrag an Abgasen gering. Das Ventil 92 des Veränderungsventils 90 schließt den Spiralbereich 68, wie in Fig. 2 gezeigt, damit die Abgase in den Spi­ ralbereich 66 fließen. Die Abgase fließen entlang der Tangentenlinie des Turbi­ nenrotors 80. Deshalb trifft das Abgas in die Turbinenrippen 82 in dem richtigen Winkel auf, so daß der Fluß der Abgase die Rotationseffektivität des Turbinenro­ tors 80 erhöht.

Wenn der Verbrennungsmotor in einem hohen Geschwindigkeitsbereich läuft, schließt das Ventil 92 des Veränderungsventils 90 den Spiralbereich 66, um so den Turbinenrotor 80 langsam zu drehen. Wenn die Abgase in den Spiralbereich 68 fließen, drehen die Abgase nicht den Turbinenrotor 8. Wenn die Abgase von dem Spiralbereich 68 in den Spiralbereich 66 durch das Verbindungsteil 69 flie­ ßen, treffen die Abgase auf die zweite Oberfläche 67b durch die erste Oberfläche 67a auf und fließen in den Turbinenrotor 80 entlang der zweiten Oberfläche 67b. Deshalb erhöht der Fluß der Abgase nicht die Rötationseffektivität des Turbi­ nenrotors 80, da die Fließgeschwindigkeit gering ist und die Fließrichtung der Abgase fast die gleiche Richtung der Turbinenrippen 82 des Turbinenrotors 80 sind.

Wenn der Verbrennungsmotor in einem mittleren Geschwindigkeitsbereich läuft, öffnet das Ventil 92 des Veränderungsventils 90 beide Spiralbereiche 66 und 68. Zum Beispiel ist die Position des Ventils 92 des Veränderungsventils 90 in der mittleren Position, welche zwischen der Position, die durch die Linie 92 ange­ zeigt wird und der Position, die durch die unterbrochene Linie 96 in Fig. 2 ange­ zeigt wird. Deshalb dreht der Turbinenrotor in einer vorbestimmten Geschwin­ digkeit.

Fig. 3 stellt die zweite Ausführungsform der Erfindung dar, welche eine abgeän­ derte Form der ersten bevorzugten Ausführungsform, insbesondere eine Art ge­ änderte Anordnung eines Veränderungsventils 100 ist. In Fig. 3 sind die gleichen Teile, wie sie in Fig. 2 benutzt werden, durch die gleichen Bezugszeichen von Fig. 2 angezeigt. In der zweiten Ausführungsform ist das Veränderungsventil 100 auf der Außenseite des Turbinengehäuses 60 angeordnet. Das Veränderungsventil 100 beinhaltet ein Gelenkteil 102 und ein Ventilteil 104. Ein Bolzen 106 verbin­ det das Gelenkteil 102 mit dem Ventilteil 104. Die Verbindungsteile 69, die in der Verwicklungstrennwand 67 gebildet sind, sind nur an der stromabwärts laufen­ den Seite der Verwicklungstrennwand 67 angeordnet.

Bei Betrieb schließt, wenn der Verbrennungsmotor in einem niedrigen Ge­ schwindigkeitsbereich läuft, das Veränderungsventil 100 den Spiralbereich 80, damit die Abgase in den Spiralbereich 66 fließen. Wenn der Verbrennungsmotor in einem hohen Geschwindigkeitsbereich läuft, öffnet das Veränderungsventil 100 den Spiralbereich 68, damit die Abgase in die Spiralbereiche 66 und 68 flie­ ßen. Der Fluß der Abgase von dem Spiralbereich 68 in den Spiralbereich 66 durch die Verbindungsteile 69 verändert die Richtung.

Fig. 4 und 5 stellen die dritte Ausführungsform der Erfindung dar, welche eine andere abgewandelte Form der ersten bevorzugten Ausführungsform, insbeson­ dere eine abgewandelte Anordnung einer Leitschaufel 110 ist. In Fig. 4 und 5 werden dieselben Teile wie in Fig. 2 und 3 benutzt und durch dieselben Bezugs­ zeichen wie in Fig. 2 oder Fig. 3 angezeigt. In der dritten Ausführungsform ist die Leitschaufel 110 an dem Ende des Spiralbereichs 68 angeordnet. Die Leit­ schaufel 110 ist halbmondförmig und beinhaltet ein dickes Endteil 110a und ein dünnes Endteil 110b. Eine Welle 12 ist parallel zu der Welle 50 (in Fig. 1 gezeigt) angeordnet und trägt die Leitschaufel 110. Die Leitschaufel 110 wird durch die Abgase in einem vorbestimmten Bereich gedreht. Das dicke Endteil 10a ist mit einem Randteil 60a des Turbinengehäuses 60 an einem Ende des vorbestimmten Bereichs, wie es in Fig. 4 gezeigt wird, verbunden. Das dünne Endteil 110b ist mit dem Randteil 60a des Turbinengehäuses 60 an dem anderen Ende des vorbe­ stimmten Bereichs, wie in Fig. 5 gezeigt, verbunden.

In Betrieb schließt, wenn der Verbrennungsmotor in einem niedrigen Ge­ schwindigkeitsbereich läuft, das Veränderungsventil 100 den Spiralbereich 68, damit die Abgase in den Spiralbereich 66 fließen. Die Position der Leitschaufel 110 ist so angeordnet, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Der Fluß der Abgase in dem Spiralbereich 66 erhöht die Rotationseffektivität des Turbinenrotors 80. Wenn der Verbrennungsmotor in einem hohen Geschwindigkeitsbereich läuft, öffnet das Veränderungsventil 100 den Spiralbereich 68, damit die Abgase in die Spiral­ bereiche 66 und 68 fließen. Die Position der Leitschaufel 110 ist so angeordnet wie es in Fig. 5 gezeigt wird. Der Fluß der Abgase in den Spiralbereichen 66 und 68 erhöht nicht die Rotationseffektivität des Turbinenrotors 80.

Die Prinzipien, eine bevorzugte Ausführungsform und Abwandlungen der Funk­ tion der Erfindung sind in der vorangegangenen Beschreibung beschrieben wor­ den. Die Erfindung, welche hierin geschützt werden soll, sollte nicht als Ein­ schränkung der besonderen Formen, die hierin offenbart sind, verstanden wer­ den, da diese als Anschauungsbeispiele und nicht als Einschränkungen betrach­ tet werden sollen. Veränderungen und Abwandlungen können durch Personen vom Fach ohne mit dem Geist der Erfindung vertraut zu sein, gemacht werden. Dementsprechend sollte die vorangegangene detaillierte Beschreibung beispiel­ haft und nicht einschränkend auf den Umfang und Geist der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche festgesetzt wird, betrachtet werden.

Claims (7)

1. Turbolader, der umfaßt:
eine Welle,
einen Turbinenrotor, der mit einem Ende der Welle verbunden ist,
einen Kompressorrotor, der mit dem anderen Ende der Welle verbunden ist,
ein Turbinengehäuse, in welchem der Turbinenrotor, der durch die Abgase gedreht wird, angeordnet ist, wobei der Turbinenrotor mit einer Innenwand ausgestattet ist, welche einen Spiralbereich für die Abgase bildet,
ein Kompressorgehäuse, in welchem der Kompressorrotor angeordnet ist,
eine Trennwand, die den Spiralbereich in einen Innenspiralbereich und ei­ nen Außenspiralbereich trennt,
eine Vielzahl von Verbindungsteilen, die den Innenspiralbereich mit dem Außenspiralbereich durch die Trennwand verbinden, und
eine Veränderungseinrichtung zum Verändern einer Flußrichtung der Ab­ gase in den Innenspiralbereich von dem Außenspiralbereich.

2. Turbolader nach Anspruch 1, worin der Außenspiralbereich mit dem Innen­ spiralbereich an jedem Ende zusammentrifft.

3. Turbolader nach Anspruch 2, worin die Veränderungseinrichtung ein Ventil ist, welches entweder den Außenspiralbereich oder den Innenspiralbereich schließt.

4. Turbolader nach Anspruch 3, worin eine Leitschaufel an dem Ende des Au­ ßenspiralbereichs angeordnet ist.

5. Turbolader nach Anspruch 4, worin die Leitschaufel durch eine Leitschau­ felwelle getragen wird, welche parallel mit der Welle ist, und durch die Ab­ gase in einem vorbestimmten Winkel gedreht wird.

6. Turbolader nach Anspruch 5, worin das Verbindungsteil im flußabwärts laufendem Gebiet des Spiralbereichs angeordnet ist.

7. Turbolader nach Anspruch 6, worin das Verbindungsteil eine erste Oberflä­ che hat, welche in einem geringen Winkel zu der Rotationsrichtung des Turbinenrotors ist, und eine zweite Oberfläche hat, welche in einem großen Winkel zu der Rotationsrichtung des Turbinenrotors ist.