DE2333525A1

DE2333525A1 - Hydraulische leitrad-verstelleinrichtung

Info

Publication number: DE2333525A1
Application number: DE19732333525
Authority: DE
Inventors: Werner Leicht
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH; Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1973-07-02
Filing date: 1973-07-02
Publication date: 1975-01-30
Also published as: FR2236083B1; US3945762A; DE2333525C3; JPS5335209B2; DE2333525B2; FR2236083A1; IT1016153B; CH575544A5; GB1427659A; JPS5038109A

Description

MOTOREN- UND TURBINEN-UKION
PRIEDRICHSHAPEN GM3H

Hydraulische Leitrad-Verstelleinrichtung

Die Erfindung betrifft eine aus Steuerschieber und Kraftkolben bestehende hydraulische Leitradschaufel-Verstelleinrichtung für die Turbine oder den Verdichter des Abgas-Turboladers einer Brennkraftmaschine.

Derartige Verstelleinrichtungen dienen der selbsttätigen Anpassung der Aufladung der Brennkraftmaschine an ihre verschiedenen Betriebszustände und werden je nach den gestellten Forderungen in Abhängigkeit von Drehzahl, Leistung, Abgastemperatur, Ladelufttemperatür der Brennkraftmaschine oder Höhe des Lade- oder Luftdruckes beeinflußt.

Bekannte Verstelleinrichtungen für die Leitschaufeln von Abgasturboladern sind außerhalb des Turbolader-Aggregates, z.B. an der Brennkraftmaschine, angeordnet und über Gestänge mit den Leitschaufeln des Turboladers verbunden. Diese Gestänge bedingen eine erhöhte Stör- und Schmutzanfälligkeit, erfordern Wartungsaufwand und Bauraum und sind nachteilig durch das erforderliche Gestänge-Spiel, das sich im Lauf der Zeit durch Abnutzung vergrößert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Verstelleinrichtung so anzuordnen, daß die vorerwähnten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Verstelleinrichtung in dem Gehäuse zwischen Turbine und Verdichter angeordnet ist.

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Mit der Erfindung werden außenliegende Gestänge zwischen Verstelleinheit und Abgasturbolader vollständig vermieden. Die Verstelleinheit selbst ist gegen Staub und mechanische Beschädigung geschützt untergebracht und erfordert keinen zusätzlichen Platz. Durch die bei Abgasturboladern übliche Kühlung der Lagerstellen mit Hilfe des Schmieröls ist die Gewähr dafür gegeben, daß auch die Verstelleinheit nicht übermäßig erwärmt und in ihrer Punktion beeinträchtigt wird.

Die Zuführung einer besonderen Hilfsenergie für den Kraftkolben wird dadurch vermieden, daß der Kraftkolben bei Betätigung der Verstelleinrichtung vom Druck des Schmierölkreislaufes des Abgas-Turboladers beaufschlagt wird.

Eine vorteilhafte Ausführung mit Spielausgleich wird bei im Flansch des Leitschaufelrades drehbar gelagerten und über Hebel mit einem gemeinsamen Verstellring verbundenen Leitschaufeln dadurch erzielt, daß in einer Bohrung des Gehäuses zwischen Turbine und Verdichter ein zylinderförmiger Steuerschieber und konzentrisch dazu zwei Kraftkolben angeordnet sind, zwischen denen sich ein an dem Verstellring angebrachter Hebel befindet, der über zwei bewegliche Zwischenstücke mit den Kraftkolben verbunden ist.

Wenn zur Betätigung der Leitschaufeln größere Kräfte erforderlich sind, wird vorgeschlagen, daß die Verstelleinrichtung aus zwei spiegelbildlich zur Turbo-Lader-Achse angeordneten Verstelleinheiten mit je einem Steuerschieber und zwei Kraftkolben besteht.

Diese Anordnung kann nach einem weiteren Vorschlag auch so verwendet werden, daß eine Verstelleinheit dem Leitrad der Turbine

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und die zweite Verstelleinheit dem Leitrad oder dem beschaufelten Diffusor des Verdichters zugeordnet ist.

Beim Betätigen der Verstelleinrichtung in Abhängigkeit des Ladedruckes können zur Unterdrückung von auftretenden Druckspitzen die Steuerkanten des Steuerschiebers die Steuerkanten des Kraftkolbens um ein vorbestimmtes Maß überdecken. Dieselbe Wirkung kann bei Anordnung von zwei Verstelleinheiten dadurch erreicht werden, daß die Rückstellfedern der beiden Steuerschieber verschieden stark ausgelegt bzw. vorgespannt sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Anordnung einer Verstelleinheit und

Fig. 3 einen Ausschnitt über die Ausbildung der Steuerkanten.

In einem Gehäuse 11 des Abgasturboladers ist ein Turbinenrad und ein Verdichterrad 13 drehbar gelagert. Beide Räder sind über eine gemeinsame Welle 14 fest miteinander verbunden. In Strömungsrichtung vor dem Turbinenrad 12 ist ein Leitrad mit in einem Leitradflansch 15 drehbar gelagerten Leitradschaufeln 16 angeordnet.

Die Abgase der Brennkraftmaschine strömen über einen Ringkanal 17 an den Leitradschaufeln 16 vorbei auf die Schaufeln des Turbinenrades 12 und erzeugen dabei ein das Verdichterrad 13 antreibendes Drehmoment. Mit der vom Verdichterrad über einen Lufteinlaß 18 angesaugten und verdichteten Luftmenge wird die

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Brennkraftmaschine aufgeladen. Der in einem Diffusor 19 meßbare Aufladedruck wird im Beschreibungsbeispiel zum Steuern der Leitschaufelöffnungen des Turbinenrades verwendet.

Erfindungsgemäß ist in dem Gehäuse 11 des Abgasturboladers zwischen Turbine und Verdichter eine Verstelleinrichtung 21 angeordnet. Diese Verstelleinrichtung besteht aus einem zylinderförmigen Steuerschieber 22, der über eine Leitung 25 mit dem Aufladedruck gegen die Kraft einer Feder 24 beaufschlagt wird, und aus zwei konzentrisch zum Steuerschieber angeordneten Kraftkolben 25 und 26. Ein für alle Leitschaufeln 16 gemeinsamer und mit ihnen über Hebel 27 verbundener Verstellring 28 besitzt einen weiteren an ihm starr befestigten Hebel 29, der zwischen die beiden Kraftkolben 25 und 26 ragt und mit ihnen über zwei bewegliche Zwischenstücke 31 und 32 verbunden ist.

Am Steuerschieber 22 sind Steuerkanten 33 und an den Kraftkolben 25 und 26 Steuerkanten 3^ angeordnet. Mit diesen Steuerkanten wird das aus dem Schmierölkreislauf für die Lager des Abgas-Turboladers stammende Drucköl, das in einer Bohrung an die Verstelleinrichtung herangeführt wird, je nach Stellung des Steuerschiebers in einen Druckraum 36 oder 37 gesteuert, während der andere Druckraum mit dem ölrücklauf 38 verbunden wird. Dadurch folgen die Kraftkolben 25 und 26 den Bewegungen des Steuerschiebers 22 nach und bewegen gleichzeitig über die beweglichen Zwischenstücke 31 und 32 und über den Hebel 29 den gemeinsamen Verstellring 28 für die Leitschaufeln 16. Durch Anordnung einer Uberdeckung 39 der Steuerkanten des Steuerschiebers gegenüber den Steuerkanten 34 der beiden

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Kraftkolben wird erreicht, daß auftretende Druckschwankungen des Ladedruckes, wie sie sich bei zeitlich stark schwankender Luftentnahme durch die einzelnen Zylinder eines Motors ergeben, zwar den Steuerschieber in Bewegung versetzen, daß diese Druckschwankungen jedoch in ihrer Wirkung auf die Kraftkolben und damit auf die Leitschaufelverstellung unterdrückt werden. Durch die Anordnung von zwei Kraftkolben kann mit Hilfe der Ausführung der Steuerkanten außerdem jedes Spiel zwischen Kraftkolben und Verstellring ausgeschaltet werden, weil die beiden Kraftkolben ständig gegeneinander verspannt werden.

Entsprechend der vorbeschriebenen Anordnung ist es möglich, zwei spiegelbildlich zueinander angeordnete Verstelleinheiten in dem Gehäuse des Abgas-Turboladers unterzubringen und entweder beide Einheiten auf einen Verstellring wirken zu lassen, oder eine Verstelleinheit dem Leitrad der Turbine und die zweite Verstelleinheit dem Leitrad oder dem beschaufelten Diffusor des Verdichters zuzuordnen.

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Claims

Patentansprüche

Aus Steuerschieber und Kraftkolben bestehende hydraulische Leitradschaufel-Verstelleinrichtung für die Turbine oder den Verdichter des Abgas-Turboladers einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (21) in dem Gehäuse zwischen Turbine (12) und Verdichter (13) angeordnet ist.

2. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftkolben (25, 26) bei Betätigung der Verstelleinrichtung (21) vom Druck des Schmierölkreislaufes des Abgas-Turboladers beaufschlagt wird.

3. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, mit im Flansch des Leitschaufelrades drehbar gelagerten und über Hebel mit einem gemeinsamen Verstellring verbundenen Leitschaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Bohrung des Gehäuses (11) zwischen Turbine (12) und Verdichter (I3) ein zylinderförmiger Steuerschieber (22) und konzentrisch dazu zwei Kraftkolben (25, 26) angeordnet sind, zwischen denen sich ein an dem Verstellring (28) angebrachter Hebel (27) befindet, der über zwei bewegliche Zwischenstükke (31, 32) mit den Kraftkolben (25, 26) verbunden ist.

4. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung aus zwei spiegelbildlich zur Turbo-Lader-Achse angeordneten Verstelleinheiten mit je einem Steuerschieber und zwei Kraftkolben besteht.

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5· Verstelleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstelleinheit dem Leitrad der Turbine und die zweite Verstelleinheit dem Leitrad oder dem beschaufelten Diffusor des Verdichters zugeordnet ist.

6. Verstelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanten (33) des Steuerschiebers (22) die Steuerkanten (34) des Kraftkolbens (25, 26) um ein vorbestimmtes Maß (39) überdecken.

7· Verstelleinrichtung nach Anspruch 4 mit zwei Verstelleinheiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfedern (24) der beiden Steuerschieber verschieden stark ausgelegt bzw. vorgespannt sind.

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