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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
Erfindung betrifft motorabgasgetriebene Turbolader gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1, wie z. B. aus der EP-A-0 118 051 bekannt.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Es
ist im Stand der Technik bekannt, einen Motor-Turbolader mit einem
Düsenring
vorzusehen, der Statorschaufeln aufweist, die einströmendes Abgas
unter einem Winkel gegen Energie umwandelnde Schaufeln eines Turbinenrades
lenken. Der Düsenring
kann auch ein Deckband umfassen, welches das Turbinenrad umgibt.
Einfache Kopplungsmittel sind zum Befestigen eines Turbolader-Düsenrings
in einer Art erwünscht,
die die axiale Ausrichtung mit dem Turbinenrad aufrecht hält, während eine
relative Wärmeausdehnung
der Verbindungskomponenten zugelassen wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen Motor-Turbolader mit den Merkmalen
von Anspruch 1 bereit. Der Turbolader umfasst einen Turbinendüsenring,
der einen kreisringförmigen
Durchgang definiert. Ein Einlassende des Düsenrings ist derart angeordnet,
dass es Abgas von Turbineneinlassmitteln wie z. B. einem Einlass-Spiralgehäuse aufnimmt.
Ein Auslassende des Düsenrings
umfasst ein Deckband, die das Turbinenrad eng umgibt. Statorschaufeln sind
zwischen den Enden vorgesehen, um Abgas unter einem Winkel gegen
Energie umwandelnde Schaufeln des Turbinenrades zu lenken.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Düsenring
Dichtungsringe an seinem Einlassende, um innere und äußere Kanten
des Düsenrings
gegen Austritt von unter Druck stehendem Abgas abzudichten. Vorzugsweise
wirken die Dichtungsringe auch als axiale Federn, die das Auslassende
des Düsenrings
gegen eine Düsenspannanordnung,
die als ein Anschlag wirkt, vorzuspannen. An dem Auslassende des
Düsenrings
sind radiale Führungen
auf der Achse des Turboladerrotors zentriert, die mit radialen Führungsmitteln
in Eingriff stehen, welche mit einem zugehörigen Abgaskanal verbunden
sind, um die axiale Ausrichtung des Düsenrings mit der Achse des
Rotors aufrecht zu halten. Die Führungen
sind vorzugsweise Vorsprung- und Schlitzmittel, die zwischen den
Verbindungselementen wirken. Zumindest drei radial gerichtete Vorsprünge können an
dem Düsenring
vorgesehen sein. Die Vorsprünge
können
mit passenden radialen Schlitzen in Eingriff gebracht werden, die
in einer Abstützung
ausgebildet sind, die von dem Abgaskanal getragen ist, mit dem der
Düsenring
verbunden ist. Die radialen Führungen
stellen die einzigen Mittel zur Ausrichtung und Abstützung des
Düsenrings
bereit, wobei kein Bedarf an Führungszapfen
oder anderen Ausrichthilfen besteht. Wenn Abgas durch das Turbinendeckband
und Turbinenschaufeln geströmt
ist, lassen Öffnungen
in dem Abgaskanal zu, dass das heiße Abgas um die den Düsenring
abstützenden Elemente
herum zirkuliert, um die Temperaturgradienten zwischen den Düsenringflanschen
und den Blättern
oder Statorschaufeln zu minimieren.
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Diese
und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung bestimmter spezifischer Ausführungsformen der Erfindung
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen besser verständlich.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen ist:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Motor-Turboladers mit Düsenring-Kopplungsmitteln
gemäß der Erfindung;
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2 eine
bildhafte Explosionsansicht, die die Anordnung des Düsenrings
und der Dichtungen mit einem zugehörigen Abgaskanal und einer
Turbinenanordnung veranschaulicht; und
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3 eine
vergrößerte Querschnittsansicht durch
einen Abschnitt des Düsenrings
und einer zugehörigen
Struktur.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Unter
nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail bezeichnet
die Bezugsziffer 10 im Allgemeinen einen abgasgetriebenen
Turbolader für
einen Motor wie z. B. einen Dieselmotor, der für die Verwendung in Eisenbahnlokomotiven
oder anderen Anwendungen von mittelschnelllaufenden Dieselmotoren
vorgesehen ist. Der Turbolader 10 umfasst einen Rotor 12,
der von einer Rotor-Abstützung 14 für eine Drehung
auf einer Längsachse 16 getragen
ist und ein Turbinenrad 18 und ein Verdichterrad 20 umfasst.
Das Verdichterrad ist von einer Verdichtergehäuseanordnung 22 umgeben,
die Komponenten umfasst, die auf einer axial gewandten ersten Seite 24 der
Rotor-Abstützung 14 getragen
sind. Ein Abgaskanal 26 weist ein Verdichterende 28 auf, das
an einer zweiten Seite 30 der Rotor-Abstützung 14 befestigt
ist, die von der ersten Seite 24 axial beabstandet ist.
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Der
Abgaskanal 26 ist physisch zwischen der Rotor-Abstützung 14 und
dem Turbinenrad 18 angeordnet, um Abgase aufzunehmen, die
durch das Turbinenrad strömen,
und sie zu einem Abgasauslass 32 zu tragen. Ein Turbinenende 34 des
Abgaskanals 26 und eine zugehörige Düsenspannanordnung 35 sind
getrennt von einer Abgaskanalabstützung 36 getragen,
die mit dem Abgaskanal 26 an dem Turbinenende 34 verbunden
ist. Die Abgaskanalabstützung 36 trägt auch
ein Turbineneinlass-Spiralgehäuse 38,
der Abgas von dem zugehörigen
Motor aufnimmt und es durch einen Düsenring 40 zu dem
Turbinenrad 18 lenkt, um Energie zu übertragen und das Turbolader-Verdichterrad 20 anzutreiben.
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Der
Düsenring 40 definiert
einen kreisringförmigen
Durchgang 42, der sich von einem Einlassende 44 zu
einem Auslassende 46 des Düsenrings erstreckt. Zwischen
den Enden 44, 46 sind Statorschaufeln oder Blätter 48 vorgesehen,
die Abgas unter einem Winkel gegen Energie umwandelnde Schaufeln 50 des
Turbinenrades 18 lenken.
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An
dem Einlassende 44 trägt
der Düsenring äußere und
innere Dichtungsringe 52, 54, die als wieder verwendbare
gewellte Hochtemperatur-Metallfedern
ausgebildet sind. Die Dichtungsringe 52, 54 sind axial
zwischen einem Auslassende 56 des Turbineneinlass-Spiralgehäuses 38 und äußeren und
inneren Flanschen 58, 60 des Düsenrings zusammengedrückt. Die
Dichtungsringe 52, 54 dienen dem doppelten Zweck,
die radialen Zwischenräume
gegen den Austritt von unter Druck stehendem Abgas, das aus dem
Turbineneinlass-Spiralgehäuse 38 in
den Düsenring
eintritt, axial abzudichten und eine axiale Kraft gegen das Einlassende 44 des
Düsenrings
bereitzustellen. An seinem Auslassende 46 umfasst der Düsenring
ein Deckband 62, das sich knapp neben den Turbinenschaufeln 50 um
das Turbinenrad 18 herum erstreckt, um so das Umleiten
von Abgas um die Enden der Turbinenschaufeln herum zu begrenzen.
Das Ende des Deckbandes 62 wird durch die Vorspannkraft
der Dichtungsringe 52, 54 sowie durch die axiale
Kraft von durch die Statorschaufeln 48 strömendem Abgas
axial gegen die Düsenspannanordung
gezwungen, wobei die Düsenspannanordung 35 als
ein Anschlag wirkt, der die axiale Position des Düsenrings
zu jeder Zeit fixiert.
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An
der Außenseite
des Deckbandes 62 befinden sich vier radial nach außen vorstehende
Vorsprünge 64,
die axial parallele Seiten aufweisen und in zwei Paaren angeordnet
sind, die an zwei quer verlaufenden Ebenen, nicht gezeigt, ausgerichtet
sind, sich senkrecht zueinander erstrecken und sich auf der Achse 16 schneiden,
die in beiden Ebenen liegt. In der Anordnung sind die vier Vorsprünge 64 in
vier übereinstimmenden
Schlitzen 66 aufgenommen, die in einem geschlitzten Führungsring 68 ausgebildet sind,
der an der Düsenspannanordnung 35 gesichert ist,
die an dem Turbinenende 34 des Abgaskanals 26 befestigt
ist. Die Düsenspannanordnung 35 umfasst Öffnungen 70,
um verbrauchtes Abgas zu der Außenseite
des Düsenrings 40 zu
zirkulieren.
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In
Betrieb wird das Abgas, das aus dem Turbineneinlass-Spiralgehäuse 38 strömt, durch
den Düsenring 40 und
die Statorschaufeln 48 geleitet, die das Abgas unter einem
Winkel gegen die Turbinenschaufeln 50 lenken. Das Deckband 62 an
dem Auslassende des Düsenrings
minimiert den Durchgang von Abgas woanders als über die Turbinenschaufeln, so
dass Energie wirksam zu der Turbine weitergegeben wird.
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Der
Düsenring
ist durch die vier Vorsprünge 64 eingeengt,
die sich in die übereinstimmende Schlitze 66 des
Führungsrings 68 erstrecken.
Die Vorsprung- und Schlitzkopplung hält die Konzentrizität des Düsenrings 40 mit
dem Turbinenrad 18 während
der Wärmeausdehnung
und -schrumpfung dieser Komponenten sowie des abstützenden
Führungsrings 68,
der verbindenden Düsenspannanordnung 35,
der Abgaskanalabstützung 36 und
des Abgaskanals 26 aufrecht. Die Kraft des gegen die Statorschaufeln 48 wirkenden
Abgases sowie die axiale Federkraft der Dichtungen 52, 54 drängen den
Düsenring 40 vorwärts in die
Richtung der Turbinenschaufeln 50.
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Der
Düsenring
wird durch Eingriff des Deckbandes 62 mit dem Einlassende
der Düsenspannanordnung 35 angeordnet,
was einschließt,
dass ein feststehender Abgasstutzen Abgas wirksam in den Abgaskanal 26 führt. Wenn
sich das verbrauchte Abgas in dem Abgaskanal befindet, kann es durch
in der Spannanordnung 35 ausgebildete Öffnungen 70 strömen, die
zulassen, dass das heiße
Gas um die Außenseiten
des Düsenrings 40 und
den geschlitzten Führungsring 68 herum
zirkuliert. Dies hilft, die Temperaturgradienten zwischen den Düsenringflanschen 70, 72 und
den Statorschaufeln 48 zu minimieren.
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Während die
offen gelegte Ausführungsform des
Düsenrings
zwei Paar entgegengesetzt angeordneter radialer Vorsprünge und
zugehörige
Schlitze umfasst, könnte
die Anordnung falls gewünscht durch
ein Minimum von drei radial angeordneten Vorsprüngen und Schlitzen abgestützt sein.
Das System von radialen Vorsprüngen
und Schlitzen stellt Führungen
bereit, die die einzigen Mittel zur Ausrichtung und Abstützung des
Düsenrings
relativ zu dem zugehörigen
Turbinenrad sind. Die Vorsprünge
halten den Düsenring
immer konzentrisch mit der Zentralachse 16, während eine
relative Ausdehnung und Schrumpfung des Rings und seiner zugehörigen Komponenten
zugelassen wird, wenn die Teile während des Betriebes oder außerhalb
des Betriebes des Turboladers erhitzt und abgekühlt werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die offen gelegten Ausführungsformen beschränkt, sondern
beansprucht den vollen Umfang, der durch den Wortlaut der nachfolgenden
Ansprüche
erlaubt ist.