DE19717559A1 - Turbolader - Google Patents
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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.
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.
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