DE3005321A1

DE3005321A1 - Turbolader

Info

Publication number: DE3005321A1
Application number: DE19803005321
Authority: DE
Inventors: Bruce R Owen; Charles Richard Sarle
Original assignee: Wallace Murray Corp
Current assignee: Wallace Murray Corp
Priority date: 1979-02-15
Filing date: 1980-02-13
Publication date: 1980-08-28
Also published as: CA1112057A; FR2449199A1; BR8000937A; US4492519A; GB2042635B; SE8000523L; JPH0121327B2; JPS55117033A; FR2449199B1; GB2042635A; SE448487B

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbolader vom Abgas-Bypass· System mit einem Gehäuse, das einen Abgas-Einlaß und einen Abgas-Auslaß in seinem Turbinenabschnitt hat.

Turbolader sind auf dem Gebiet der Technik von Innenverbrennungsmaschinen bekannt und haben in den letzten Jahren die bekannten Vorverdichter (Superlader, supercharger) ersetzt. Diese letztgenannten Einrichtungen erhalten ihre Energie durch eine Zahnradoder Riemenankopplung an die Kurbelwelle des Motors, während die erstgenannten Einrichtungen ihre Energie von den Motor-Abgasen ableiten, die später an die Umgebung abgeführt werden. In dem Abgas-Kanal wird eine Turbine angeordnet, und zwar zwischen dem Motor und dem Austrittspunkt dieser Gase an die Umgebung. Das Propellerrad der Turbine wird von den Abgasen gedreht, und die Turbine ist an einen Kompressor angekoppelt. Der Kompressor wirkt auf Umgebungsluft ein und vergrößert dessen Druck, um hierdurch den Massenstrom von Luft zu vergrößern, die für die Verbrennung in den Motor geleitet wird. Diese Druckvergroßerung ist als Ladedruck bekannt.

Während die meisten Motoren mit Turboladern keine Steuerung für den Ladedruck benötigen, und zwar wegen einer geeigneten Anpassung der Einheiten über einen begrenzten Drehzahlbereich des Motors, gibt es Fälle, bei denen eine Steuerung des Ladedruckpegels erforderlich ist. Wenn ein Ladedruck bei niedrigen Motordrehzahlen erwünscht ist, wird das Turbinengehäuse kleiner ausgelegt, damit die Räder mit weniger Abgasstrom schneller laufen. Beim Ansteigen der Motordrehzahl erfolgt ein schnelleres Laufen der Turbolader-Einheit bis zu dem Punkt übermäßiger Ladedruck-Bedingungen. Vorhandene Einheiten haben einen Turbinen-Bypass, der aus einer Mündung in dem Turbinengehäuse allgemein an oder über dem Abgas-Einlaß besteht. Diese Mündung öffnet sich in einen Bypass-Kanal, der zu dem Abgas-Auslaß des Gehäuses verläuft. Die Mündung oder öffnung ist entweder durch ein Ventilkegel-Ventil oder ein Klappenventil (flapper valve) abgedichtet. Der Abgasdruck an der

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Fläche dieser Ventile kann gegen die Feder wirken, die die Ventile betätigt. Dieses ist ein grober Aufbau zum Steuern der Ladedruckpegel infolge eines pulsierenden Stroms, was eine große Abnutzung und frühzeitige Ausfälle der Ventile, der Ventilsitze und der federbelasteten Steuerglieder begründen würde.

Es ist bekannt, die Betätigung der Ventile dadurch zu verstärken, daß der Ladedruck in der Ansaugleitung erfaßt und eine federbelastete Membran zum Steuern der Betätigung der Ventile benutzt wird- Wenn der maximale Ladedruckpegel· für einen sicheren Motorbetrieb erreicht ist, öffnen die Ventile, um das Abgas im Bypass um den Turbinenabschnitt strömen zu lassen, so daß die TurboIader-Drehzahl· auf den Pegel zurückgeführt wird, der für den erwünschten Ladedruck sorgt. Diese Ventileinrichtungen arbeiten in dem höchst korrodierenden Abgasstrom und sind extrem großen Temperaturen ausgesetzt. Die Ventile sind infolge der für diese Atmosphäre benötigten Materialien teuer. Da sich die Ventile rechtwinklig zu der Mündung linear bewegen, sind die Materialien auch großen Stoßbelastungen unterworfen. Die Mündung oder Öffnung ist an der Schließposition abgedichtet, wobei ein sehr begrenzter Bewegungspfad für eine Strömungsöffnung vorliegt. Dieser begrenzte Bewegungspfad führt in Verbindung mit der engen Nachbarschaft der Ventil^äche zu der Mündung bzw. Öffnung auch zu einer Begrenzung des Gasstroms aus derselben. Um den Strom zu vergrößern, müssen die Ventile größer werden, wobei die resultierende Kosten- und Größensteigerung ein Auslegungsfaktor für Strömungspegel ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Turboladers der genannten Art mit einem Turbinen-Bypass-Ventilaufbau, der ein vo^ständiges Abieiten des AbgasStroms von dem Turbinenabschnitt des Turboiaders bei günstigeren Kosten, einer größeren Zuverlässigkeit und einer verbesserten Steuerempfindlichkeit ermöglicht.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Turbolader der im Oberbegriff genannten Art durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 aufgeführten Merkmale aus. Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen. - 6 -

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Im Rahmen der Erfindung wird somit eine Ventilplatte benutzt, die durch einen Gleitvorgang eine Mündung bzw. öffnung, die im wesentlichen dieselbe Fläche wie der Abgas-Einlaß zum Turbinengehäuse hat, bedecken und freigeben kann. Der Bypass-Kanal hält diese Querschnittsfläche in den Abgas-Auslaß aufrecht, so daß kein bedeutender Anstieg des Rückdrucks am Motor auftritt, wenn der Bypass offen ist. Ein nicht erforderlicher Rückdruck infolge der Beschränkung des Turbinengehäuses liegt vor, sofern noch ein beträchtlicher Teil des Abgases durch das Turbinengehäuse gelangt, wenn sich der Turbolader in dem Bypass-Betrieb befindet und wenn der Motor in dem Bereich arbeitet, in dem der vorverdichtete (supercharged) Ansaugzyklus nicht erforderlich ist.

Die Ventilplatte ist an einem Ventilschaft befestigt, der in einer mit engem Spiel ausgebildeten Bohrung aus dem Bypass-Gehäuse läuft und außerhalb des Turboladers mit einem Hebelarm sowie Bolzen begrenzt ist. Das den Ladedruck in der Ansaugleitung erfassende Membran-Steuerglied ist an einer entfernten Stelle angebracht, was zu den Vorteilen führt, die mit einem Entfernen aus der höchst korrodierenden und heißen Atmosphäre zusammenhängen. Die Steuerbewegung ist gradlinig, und der Schaft ist an einem Hebelarm angelenkt, um der Ventilplatte eine Drehbewegung zu erteilen.

Die Membran arbeitet gegen eine ebenfalls an entfernter Stelle angebrachte Feder. Diese wird nur auf den erforderlichen Ladedruck und im Zusammenhang mit der beim Verschwenken der Ventilplatte bestehenden kleinen Reibung belastet. Dieses erfolgt im Gegensatz zu dem Ventilkegel-Ventiltyp, bei dem die Feder auch belastet werden muß, um das Ventil fest an dem Sitz zu halten und ein Flattern infolge der pulsierenden Abgase zu verhindern.

Das Bypass-Ventil hat an der öffnung eine Dichtung mit engem Spiel (close clearance seal). Dieses Spiel ermöglicht ein freies Verschwenken der Ventilplatte beim Betätigen derselben. Die Gleitbewegung hat eine Scherwirkung auf jegliche Abgas-Ablagerungen. Venn das Ventil geöffnet ist, reinigt der große Massenstrom den

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Mündungsbereich von diesen Abfallstoffen bzw. Ablagerungen, die durch die Gleitbewegung gelöst wurden. Das Ventil ist somit selbstreinigend, und das größte Arbeitsspiel besteht am Aufbau vor dem Laufen infolge einer Ablagerungsansammlung. Die Scherwirkung ermöglicht es, daß das Ventil im Betrieb seinen eigenen Betriebsventilsitz erzeugt. Die Ventilöffnung bzw. -mündung ist so bemessen, daß sie die wesentliche Gasstrommenge im Bypass-Betrieb also in der vollständigen Öffnungsposition, aufnehmen kann, was eine unbegrenzte Position der Ventilplatte in bezug auf die Mündung ergibt. Wenn dem Steuerglied veränderliche Motorbedingungen signalisiert werden, wird aufgrund der Plattenposition gerade die Gasmenge im Bypass geführt, die für eine geeignete Anpassung der Ladedruckpegel-Erfordernisse benötigt wird. Das Spiel am Aufbau wird durch die Dicke der Platte und die Distanz im Bypass-Gehäuse von der Mündungsfläche bis zu der Schaftseitenschulter des Gehäuses bestimmt.

Der Schaft verläuft rechtwinklig zu der Ventilplatte und ist in einer mit einem engen Spiel ausgebildeten Bohrung im Bypass-Gehäuse angeordnet, um Leckerscheinungen zu vermindern. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Schaft umgedreht werden kann, um in einer mit engem Spiel ausgebildeten Bohrung im Turbinengehäuse zu laufen. Die Lage des Schafts wird maßgeblich durch den Ort vorgegeben, an dem das Steuerglied bei einer bestimmten Anwendung vorzugsweise anzubringen ist. Die allgemeine Form des Ventils und der Mündung bzw. Öffnung wurden gewählt, um die Steuerbewegung zu vermindern, die für einen vollen Bypass-Strom zum Öffnen und .. Schließen der großen Mündung erforderlich ist.

Im Zusammenhang mit der Sicherheit liegt es in der Natur des Feder-Membran-Steuerungsaufbaues, daß zwei unterschiedliche Ausfallarten auftreten können. Während ein Ausfallen der Membran ziemlich plötzlich erfolgt, erstreckt sich ein Ausfallen der Feder wahrscheinlich über eine gewisse Zeitperiode. Bei einem Ausfallen der Membran würde die Feder das Ventil schließen, und es könnte ein übermäßiger Ladedruck auftreten. Dieses wäre jedoch nicht mit dem plötzlichen Leistungsverlust verbunden, der zu

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schwerwiegenden Komplikationen in VerkehrsSituationen führen kann. Das Ausfallen der Feder führt zu einem von Tag zu Tag auftretenden allmählichen Leistungsverlust, was den geschwächten Federzustand signalisiert.

Der mit dem Abgas-Tor ausgerüstete Turbolader nach der vorliegenden Erfindung kann in Verbindung mit einem Motor-Abgassystem benutzt werden, welches einen katalytischen Umsetzer enthält. Wenn es erwünscht ist, kann der Abgas-Toraufbau dergestalt sein, daß sämtliche Abgase durch den üblichen Abgas-Auslaß und durch den katalytischen Umsetzer ausströmen. Wenn es erwünscht ist, kann sich andererseits der Bypass von dem Abgas-Auslaß getrennt und hieran angrenzend durch das Turbinengehäuse so öffnen, daß die Abgase in der Öffnungsposition des Abgas-Tors den katalytischen Umsetzer im Bypass umgehen können. Dieses Umgehen des katalytischen Umsetzers ergibt in Verbindung mit einer begrenzten Abgasmenge, die nach wie vor durch das Turbinengehäuse, aus dem Abgas-Auslaß und durch den katalytischen Umsetzer strömt, ein Beibehalten der Wärme, die ein schnelleres Funktionieren des Katalysators ermöglicht, wenn dieser benötigt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - in einer perspektivischen Ansicht einen Turbinengehäuse-Abschnitt eines Turboladers mit einem Abgas-Bypass-System, wobei das Bypass-Gehäuse gegenüber dem übrigen Teil des Aufbaues verlagert ist,

Figur 2 - einen Teilschnitt durch das Bypass-Gehäuse in einem Bereich des Turbinengehäuses zum Aufzeigen der Anbringung des Ventils,

Figur 3 - in einer perspektivischen Ansicht einen Turbolader, bei dem das Turbinengehäuse und das Bypass-Gehäuse aus Figur 1 in der Position einer normalen Verwendung dargestellt sind,

Figur 4 - in einer schematischen Ansicht den Turbolader, an dessen Bypass-System eine repräsentative Steuerung angekoppelt ist,

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Figur 5 - eine schematische Ansicht zum Darstellen des Abgasstroms von einem Motor durch einen Turbolader-Turbinenabschnitt und ein Bypass-System, wobei der gesamte Strom aus dem Turbinen-Abgas-Auslaß in ein Fahrzeug-Abgas sy stern gelangt, und

Figur 6 - eine Figur 5 ähnelnde schematische Ansicht, gemäß derer jedoch das Bypass-Gas um einen katalytischen Fahrzeug-Umsetzer herumgeleitet und stromab desselben eingeführt wird, statt durch den Abgas-Auslaß des Turbinenabschnitts zu strömen.

In Figur 1 bezeichnet die Bezugszahl 10 ein Turbinengehäuse eines Turboladers mit einem Abgas-Einlaß 12 und einem Abgas-Auslaß 14. An einem Turbinengehäuse herkömmlicher Art ist eine Flanschfläche 16 zusätzlich vorgesehen, die zum Anbringen eines Abgas-Bypass-Gehäuses 18 dient, welches einen einen Bypass-Kanal 22 bildenden Innenraum hat. In der Flanschfläche 16 befindet sich eine Bypass-Öffnung 20, die den Abgas-Einlaß 12 und den Bypass-Kanal 22 verbindet. Das Bypass-Gehäuse 18 hat einen Abgas-Auslaß 14', welcher mit dem Abgas-Auslaß 14 des Turbinengehäuses 10 ausgerichtet ist und eine Fortsetzung desselben bildet.

Eine Ventilplatte 2 4 wird zum Öffnen und Schließen der Bypass-Öffnung 20 benutzt. Diese Ventilplatte 24 ist parallel zur Flanschfläche 16 um einen Schwenkpunkt verschwenkbar, der von einem befestigten Ventilschaft 26 gebildet wird, welcher in einer engen (close clearance) Bohrung 28 im Bypass-Gehäuse 18 läuft. Der Ventilschaft 26 umfaßt einen Hebelarm, der außerhalb des Systems mit einem geeigneten linear arbeitenden Steuerglied 30 verbunden wird. Dieser Hebelarm-Abschnitt des Ventilschafts 26 sorgt für eine Umsetzung der linearen Steuerbewegung in die Dreh- bzw. Schwenkbewegung der Ventilplatte 24. Die Bypass-Öffnung 20 und der Bypass-Kanal 22 sind so bemessen, daß ihre Querschnittsfläche zumindest der Fläche des Abgas-Einlasses 12 entspricht. Somit besteht in der vollständig geöffneten Position der Ventilplatte 24 die Möglichkeit bzw. Kapazität für einen vollen Bypass-Gasstrom mit einem kleinen Reststrom durch das Turbinenge-

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häuse 10. Es ist leicht ersichtlich, daß die Gasstromrate in dem Bypass-System zwischen dem voll geschlossenen und dem voll geöffneten Zustand stufenlos veränderlich ist, wodurch die Steuerempfindlichkeit begünstigt wird. Es wird gerade die Abgasmenge im Bypass geleitet, die erforderlich ist, um die Drehzahl des Turboladers auf den Pegel zu begrenzen, welcher durch die Motorerfordernisse benötigt wird. Die Bypass-Öffnung 20 und die Ventilplatte 24 haben die dargestellte allgemeine Form, um die Drehbewegung zu verringern, die zum Freigeben für einen vollen Bypass-Strom erforderlich ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Bypass-Öffnung 20 und die Ventilplatte 24 andere Formen haben können, die für die jeweiligen Anwendungsfälle benötigt werden.

Gemäß Figur 2 ist das Bypass-Gehäuse 18 nunmehr auf dem Turbinengehäuse 10 aufgesetzt, wobei eine Abdichtung an der Flanschfläche 16 hergestellt wird. Figur 2 ist eine Schnittansicht längs der Mittellinie der Abgas-Auslässe 14 und 14" aus einer Blickrichtung in das Innere des Bypass-Gehäuses 18 zu der Ventilplatte 24. Die Ventil-Öffnung-Dichtung ist eine solche mit geringem Spiel (close clearance type) und gerade ausreichend, um ein freies Verschwenken der Ventilplatte 24 über die Flanschfläche 16 zuzulassen. Das Spiel wird durch den dicksten Abschnitt der Ventilplatte 24 und die Distanz zwischen der Flanschfläche 16 sowie einer Stegvorsprung-Schulterfläche 32 in dem Bypass-Gehäuse 18 bestimmt. Wenn sich die Ventilplatte 24 parallel zur Flanschfläche 16 und rechtwinklig zur Bypass-Öffnung 20 bewegt, hat sie eine Scherwirkung auf jegliche Abgas-Ablagerungen. Wenn die Bypass-Öffnung 20 offen ist, reinigt der große Massenfluß den Bereich von abgescherten Trümmern bzw. Bestandteilen.

Das Ventilsystem ist selbstreinigend, und das größte Arbeitsspiel besteht am Aufbau vor dem Laufen infolge einer Ablagerungssammlung, und die Sche'rwirkung ermöglicht es, daß die Ventilplatte 24 im Betrieb ihren eigenen Betriebs-Ventilsitz erzeugt. Es ist in dieser Hinsicht auch leicht ersichtlich, daß der Bypass-Kanal 22 eine Durchgangsmündung zwischen dem Abgas-Auslaß 14 in dem Turbinengehäuse 10 und dem Abgas-Auslaß 14' in dem Bypass-Gehäuse 18 bildet, wenn die Komponenten zusammengesetzt sind. - 11 -

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In Figur 3 ist ein vollständiger Turbolader 34 mit einem Lagerabschnitt 36 zwischen einem Turbinenabschnitt 38 und einem Kompressorabschnitt 40 dargestellt. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Turbinenabschnitt 38 die Komponenten des Bypass-Systems, das Turbinengehäuse 10 und ein Turbinenrad (nicht dargestellt) enthält. Der Kompressorabschnitt enthält eine Kompressorabdeckung und ein Kompressorrad (nicht dargestellt). Die Räder sind in der üblichen Weise an einer gemeinsamen Welle gehalten, die in dem Lagerabschnitt 36 drehbar gelagert ist. Im Betrieb strömen Abgase von einem Motor in das Turbinengehäuse 10 an dem Abgas-Einlaß 12 und radial einwärts in das Turbinenrad, wodurch das Kompressorrad auf der gemeinsamen Welle angetrieben wird. Das Kompressorrad sorgt für ein Einsaugen von Umgebungsluft, die radial auswärts durch die Kompressorabdeckung strömt, um unter Druck gesetzte Luft für den Motor zu bilden, die an dem Kompressor-Auslaß 42 ausströmt. Das Steuerglied 30 erfaßt den Druckpegel dieser Luft in dem Mptor-Ansaugsystem.

Das Steuerglied 30 ist gemäß Darstellung an entfernter Stelle an einem Arm angebracht, der seinerseits mit dem Bypass-Gehäuse 18 verbunden ist. Das Steuerglied 30 kann jedoch an irgendeiner Komponente des Turbolader-Äußeren oder von dem Turbolader vollständig entfernt angebracht sein. Der Hauptvorteil der Erfindung besteht im Zusammenhang mit dem Steuerglied darin, daß jegliches federbelastetes Glied im Steuerglied nur auf den Ladedruck und hinsichtlich einer nur sehr kleinen Reibung beim Verschwenken der Ventilplatte belastet wird, im Gegensatz hierzu muß das alternative Ventil vom Ventilkegel-Typ eine zusätzliche ausreichende Belastung der Feder aufweisen, um das Ventilglied fest an dem Sitz zu halten, damit ein Flattern aufgrund der pulsierenden Gase und hieraus resultierende Lecks vermieden werden.

Während der Ventilschaft 26 gemäß Darstellung in dem Bypass-Gehäuse 18 drehbar gelagert ist, ist darauf hinzuweisen, daß er sich auch von der entgegengesetzten Seite der Ventilplatte 24 erstrecken und in einer geeigneten öffnung in dem Turbinengehäuse 10 gelagert sein kann.

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In Figur 4 ist der Turbolader 34 mit einem repräsentativen Steuerglied 30 dargestellt, das mit der Ventilplatte 2 4 über den Ventilschaft 26 verbunden ist. Die Ventilplatte 24 ist in der Position des Schließzustands oder des Ausschaltzustands des Bypass-Systems dargestellt. Eine durch ein Gehäuse 46 des Steuerglieds führende Steuerstange 44 ist mit dem Ventilschaft 26 verbunden. Im Inneren des Gehäuses 46 ist die Steuerstange an einem Federhaltebecher 48 und einer Rollmembran 50 befestigt. Eine Feder 52 hält die Ventilplatte 24 geschlossen, bis zuvor hergestellte Ladepegel in der Motor-Ansaugleitung gegen die Rollmembran 50 drükken, die Feder 52 zusammendrücken und die Ventilplatte 24 verschwenken, um den Bypass-Vorgang der Abgase einzuleiten. Dieses vermindert die Drehzahl des Turboladers 34, was zu einer Reduzierung der Abgabe von unter Druck gesetzter Luft aus dem Kompressor-Auslaß 42 führt, der mit einer Motor-Ansaugleitung verbunden ist. Wenn wieder ein passender Ladepegel eingenommen ist, führt die Feder 52 die Ventilplatte 24 und die Rollmembran 50 zu ihren Anfangspositionen zurück. Der Ladepegel wird über eine Leitung 54 erfaßt, die mit dem Motor-Ansaugsystem verbunden ist und ein Rückschlagventil 56 enthält, welches bei einem Bruchteil des maximalen Ladepegels öffnet, um das Steuerglied 30 den Ladepegel erfassen lassen zu können.

Aus Figur 4 ist ersichtlich, daß bei einem Ausfallen der Rollmembran 50 die Feder 52 die Ventilplatte 24 dazu veranlaßt, in der Schließposition zu verbleiben. Dieses führt zu einer überhöhung des Ladedrucks (overboost), was wünschenswerter als ein plötzlicher Leistungsverlust ist, der zu erheblichen Schwierigkeiten in Verkehrssituationen führen könnte. Andererseits ist die Feder 52 sehr viel weniger einem plötzlichen Ausfallen unterworfen, wobei sie jedoch über eine Zeitperiode geschwächt werden kann und wobei der entstehende Ladedruck-Verlust ihren geschwächten Zustand signalisiert. Es ist auch leicht ersichtlich, daß die Kombination von variablen Ventilöffnungspositionen und der Wahl von Federkonstanten für eine viel engere Steuerung über veränderliche Motorzustände sorgt, als es für das Ventil vom grundlegenden Ein-Aus-Ventilkegeltyp zutrifft. Während das Steuerglied 30 ein grundle-

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gender pneumatischer Einrichtungstyp ist, kann nach der vorliegenden Erfindung eine Steuerung durch elektrische oder hydraulische Systeme durchgeführt werden, sofern diese so angekoppelt
sind, daß eine Art Ladedruckerfassung in dem Motor erfolgt.

Es ist aus der vorstehenden Beschreibung des Turbolader-Bypass-Aufbaues ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Aufbau aus weniger teuren Materialien gebildet werden kann und einfacher arbeitet
als bisherige Ventilkegel-Ventile und dergleichen. Da die Ventilplatte 24 schwenkbar angebracht ist, trifft es vor allem zu, daß
sie keinen Stoßbelastungen unterworfen ist und aus weniger teuren Materialien als ein Ventilkegel-Ventil sowie dessen Sitz hergestellt werden kann. Der Schwenkvorgang der Ventilplatte 24 ermöglicht in Verbindung mit einer unbegrenzt variablen Positionierung auch einen weicheren Betrieb als der schnelle Ein-Aus-Vorgang des Ventils vom Ventilkegel-Typ. Das Steuerglied 30 ist außerhalb der im Abgassystem vorherrschenden korrodierenden Atmosphäre angeordnet und keinen starken Federbelastungen unterworfen. Es kann aus
relativ preiswerten Materialien bestehen.

Während die Bypass-Öffnung 20 und der Bypass-Kanal 22 so bemessen sind, daß ihre Querschnittsfläche zumindest der Fläche des Abgas-Einlasses 12 entspricht, ist darauf hinzuweisen, daß es unter gewissen Betriebsbedingungen wünschenswert sein kann, diese Querschnittsfläche so auszubilden, daß sie kleiner als diejenige des
Abgas-Einlasses 12 ist. Jedoch sollte der Querschnittsflächen-Unterschied nicht so groß sein, daß sich in dem Motor ein übermäßiger Rückdruck aufbaut.

Gemäß Figur 5 empfängt der Abgas-Einlaß 12 des Turbinengehäuses
10 des Turboladers 34 von einem Motor Gase, die entweder durch
das Turbinengehäuse 10 zum Antreiben des Turboladers 34 oder
durch den Bypass-Kanal 22 im Bypass-Gehäuse 18 strömen. Der gesamte Abgasstrom gelangt in jedem Betriebszustand am Abgas-Auslaß 14' in das übliche Fahrzeug-Abgassystem, welches ein Sammelrohr
62, einen katalytischen Umsetzer 64, einen Auspufftopf 66 und ein Abgasrohr 6 8 enthalten kann. Die Ventilplatte 24 ist mit der By-

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pass-Öffnung 20 in der Öffnungsposition dargestellt. Dieses ist die grundlegende Bypass-Schaltung in einem Fahrzeug gemäß den vorstehenden Beschreibungen der Erfindung.

In Figur 6 ist eine Variation der Fahrzeuganlage aus Figur 5 dargestellt. Diese Anlage entspricht derjenigen aus Figur 5, jedoch mit dem Unterschied, daß das Bypass-Gehäuse 18 einen Bypass-Kanal 22 sowie einen Abgas-Auslaß 14' hat, der nicht mit dem Abgas-Auslaß 14 des Turbinengehäuses 10 verbunden ist. Das in den Abgas-Einlaß 12 eintretende Abgas strömt durch das Turbinengehäuse 10 sowie aus dem Abgas-Auslaß 14 und dann durch das Sammelrohr 62, den katalytischen Umsetzer 64, den Auspufftopf 66 und das Abgasrohr 68, wenn die Bypass-Öffnung 20 geschlossen ist. Wenn die Ventilplatte 24 betätigt wird, um die Bypass-Öffnung 20 gemäß Darstellung zu öffnen, erfolgt der Gasstrom durch den Bypass-Kanal 22 und den Abgas-Auslaß 14', wodurch im Bypass geführtes Gas stromab des katalytischen Umsetzers 64 zu dem Fahrzeug-Abgassystem geleitet werden kann. Das Gas strömt dann durch den Auspufftopf 66 und das Abgasrohr 68.

Wenn das Bypass-System betätigt ist, benötigt jedoch der Motor-Betriebs zyklus keine Benutzung des katalytischen Umsetzers 64 für eine Emissionssteuerung. Somit vergrößert das Herumleiten des im Bypass geführten Gases um den katalytischen Umsetzer 64 die Lebensdauer desselben, indem verhindert wird, daß er ständig den heißen, korrodierenden Gasen ausgesetzt wird. Die kleine Menge an Restgas, das immer noch durch das Turbinengehäuse 10 strömt, wenn der Hauptstrom durch den Abgas-Auslaß 14" gelangt, führt dem Katalysatorbett des katalytischen Umsetzers 64 Wärme zu, um seine schnelle Funktionsfähigkeit aufrechtzuerhalten, wenn diese erforderlich ist. Die Fähigkeit einer vollständigen Bypass-Strömungsführung und das Herumleiten der im Bypass geleiteten Gase führt auch zu einem niedrigeren Rückdruck an dem Motor, und zwar wegen des Entfallens der auf den Strom im Abgassystem einwirkenden Widerstände .

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Claims

WALLACE MURRAY CORPORATION, 299 Park Avenue, New York 10017, N.Y. (USA)

Turbolader

Patentansprüche

1 / Turbolader mit einem Gehäuse, das einen Abgas-Einlaß und einen Abgas-Auslaß in seinem Turbinenabschnitt hat, gekennzeichnet durch ein zum Herumleiten von Abgasen um den Turbinenabschnitt dienendes Bypass-System mit einer Bypass-Öffnung (20) sowie S einem Bypass-Kanal (22) und einem in dem Gehäuse befindlichen j Ventil zum wahlweisen Verschließen der Bypass-Öffnung (20) bzw, ι zum Verhindern eines hierdurch in den Bypass-Kanal (22) gelan-

j genden Abgas-Stroms, wobei das Ventil in Form einer schwenkbar

j angebrachten Ventilplatte (24) ausgebildet ist und sich die j Bypass-Öffnung (20) durch eine Seite bzw. Fläche (16) des Gehäuses (10) öffnet, und durch Mittel (26, 28), die die Ventilj platte (24) so halten, daß diese eine Gleitbewegung parallel j zu der Fläche (16) des Gehäuses (10) und rechtwinklig zu dem ί Bypass-Abgas-Strom durchführen kann, wobei die Position der { Ventilplatte (24) zwischen einem vollständigen Öffnungszustand und einem vollständigen Schließzustand stufenlos variabel ist.

J2. Turbolader nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zum Posij tionieren des Ventils in Abhängigkeit vom Kompressor-Ladedruck dienendes externes Steuerglied (30) mit einer Steuerstange (44) und einer von dem Turbolader (34) abgelegen angeordneten Feder (52), die auf die Steuerstange (44) einwirkt, um das Ventil laufend zu einer Schließposition zu drücken, wobei die Bewegung der Steuerstange (44) zu einem Verdrehen der Ventilplatte (24) und hierdurch zu einem Öffnen sowie Schließen des Abgas-Bypass-Kanals (22) führt und wobei die von der Feder (52) ausgeübte Kraft unabhängig vom Abgas-Druck ist.

3. Turbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Bypass-Kanals (22) zumindest der Querschnittsfläche des Abgas-Einlasses (12) entspricht, wodurch die Abgase vollständig im Bypass geführt werden können.

4. Turbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Bypass-Kanals (22) kleiner als die Querschnittsfläche des Abgas-Einlasses (12) ist.

5. Turbolader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Bypass-Kanals (22) kleiner als die Querschnittsfläche des Abgas-Einlasses (12) und aber ausreichend groß ist, um zu verhindern, daß das im Bypass geführte Abgas einen übermäßigen Rückdruck erzeugt.

6. Turbolader nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Bypass-Kanal (22) strömungsmäßig in den Abgas-Auslaß (14, 14") öffnet.

7. Turbolader nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, da-j durch gekennzeichnet, daß sich der Bypass-Kanal (22) durch einen separaten Abgas-Auslaß (14*) öffnet.

8. Turbolader nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Abgas-Auslaß (14) ein Abgassystem mit einer Abgasleitung sowie einem darin eingebauten katalytischen Umsetzer (64) angebracht ist und daß Mittel den separaten Abgas-Auslaß (14') mit der Abgasleitung stromab des katalytischen Umsetzers (64) verbinden .

9. Turbolader nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Mittel zum Aufrechterhalten der an die Fläche (16) des Turbinengehäuses (10) eng angrenzenden sowie hierzu parallelen Position der Ventilplatte (2 4) und zum Verschwenken um eine zu der Fläche (16) des Turbinengehäuses (10) rechtwinklige Achse, um für eine Selbstreinigung der die Bypass-öffnung (20) umgebenden Fläche (16) des Turbinengehäuses

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10. Turbolader nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Anbringen bzw. Halten des Ventils einen Ventilschaft (26) enthalten, der sich durch eine öffnung (28) in dem Gehäuse (18) zu einem externen Steuerglied (30) erstreckt, und daß das Ventil ein2η Plattenabschnitt (24) hat, der gegen das Innere des Turbinengehäuses (10) im Umgebungsbereich der Öffnung (20) abdichtbar ist, um die Öffnung (20) im Schließzustand des Ventils zu verschließen,
i

j 11. Turbolader nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 mit einem Turbinengehäuse, das einen Abgas-Einlaß und einen Abj gas-Auslaß in seinem Turbxnenabschnitt hat, gekennzeichnet j durch einen zum Aufnehmen eines Bypass-Systems zum Umleiten von Abgasen um den Turbxnenabschnitt dienenden Flansch an dem Turbinengehäuse (10), wobei das Bypass-System ein Bypass-Ge-' häuse (18) enthält, das von dem Flansch getragen wird und ; einen einen Bypass-Kanal (22) bildenden Innenraum hat, durch ■ eine Bypass-Öffnung (20) in dem Flansch und durch ein Ventil j in dem Bypass-Gehäuse (18) zum wahlweisen Verschließen der : Bypass-Öffnung (20) in bezug auf den hindurchtretenden Abgasstrom, wobei das Ventil in Form einer Ventilplatte (24) ausgebildet ist, die an einer Anlenkung schwenkbar angebracht ist und eine Ventilfläche hat, wobei ferner die Anlenkung von einem befestigten Ventilschaft (2 6) gebildet wird, der sich rechtwinklig zu der Ventilfläche erstreckt und durch eine mit engem Spiel ausgebildete Öffnung (2 8) verläuft sowie außerhalb des Bypass-Kanals (22) endet, wobei sich außerdem die Bypass-Öffnung (20) durch eine Fläche (16) des Flansches und rechtwinklig hierzu öffnet, wobei schließlich die Anlenkung die Ventilplatte (24) für eine Gleitbewegung parallel zu der Flanschfläche (16) des Turbinengehäuses (10) und rechtwinklig zu dem Abgasstrom durch die Bypass-Öffnung (20) hält und wobei die Position der Ventilplatte (24) zwischen einer vollständig offenen und einer vollständig geschlossenen Position stufenlos veränderbar ist.

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